재사용 우주 비행체 공급시스템에서의 추진제 priming 과정의 실험적 연구

초록

일반적으로 우주에서 운용되는 비행체의 경우, 안전상의 이유로 공급관을 진공 상태로 유지한 상태로 탑재되어 발사한다. 따라서 엔진의 시동 이전에, 진공 상태인 관에 추진제를 채워주는 priming 시퀀스가 수행되는 것이 필수적이다. 고속으로 구동되는 파이로테크닉 밸브에 의해 추진제가 공급관으로 흐르게 되는데, 이때 밸브 전후의 큰 압력 차로 인해 액체 추진제가 빠른 속도로 관을 흐르면서 hydraulic shock이 발생한다. 이러한 과정에서 발생하는 과도한 압력 peak는 시스템의 파손을 유발할 수 있으며 이는 비행체의 운용 실패로 이어질 수 있다. 뿐만 아니라 하이드라진 계열의 추진제를 사용하는 경우, 해당 과정에서 단열 압축 폭발 가능성이 있으므로 이를 사전에 고려하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 우주 비행체의 공급시스템의 priming 과정을 실험으로 모사하여 그 특성을 파악하였다. 고속 밸브 구동 장치를 통해 파이로테크닉 밸브를 대체하여 실험 장치를 구성하였으며, 밸브 후단을 진공 상태로 형성하여 실험을 수행하였다. 우주 비행체에는 다수의 추력기가 다양한 형태로 배치되므로 이를 고려하여 여러 변수를 설정하여 실험을 수행하고 각 변수에 따른 실험 결과를 분석하여 우주 비행체의 priming 과정의 특성을 파악하였다.