1) 기준 비행경로우주로켓은 지상에서 발사한 뒤 어떤 경로를 비행하고, 위성이나 탐사체의 궤도에 도달할까? 로켓의 비행경로는 민간 항공기의 항로처럼 법률의 제약을 받는 것은 아니다. 하지만 로켓은 국제 관계의 제약을 받는 한정된 추진제 양을 효율적으로 소비해서 페이로드를 목표 궤도까지 운반한다. 그래서 최적의 비행경로(Trajectory)를 미리 설계해야 한다. 일반적으로 우주로켓은 지표면에서 수직으로 발사한다. 그다음 기체는 낮은 고도에서 높은 고도에 이르기까지 많은 비행경로가 성립할 수 있다. 가능성이 있는 수많은 경로 중에서, 여러 가지 조건을 만족하는 최적의 비행경로를 ‘비행 분석’ 또는 ‘비행경로 해석’으로 계산한다. 그것은 로켓이 특정 페이로드를 추진제를 가장 효율적으로 사용하여 일정한 오차 ..

위성 페어링의 분리 장치는 페이로드의 궤도 투입이라는 임무를 좌우하는 중요한 시스템이다. 분리할 때 화공품의 작동으로 위성에 강한 충격을 주면 안 되고, 폭발가스(미세 분말)가 위성의 태양 전지판과 광학 센서를 더럽혀서는 안 된다. 분리 직후의 페어링은 위성과 접촉하면 안 되는 등 어려운 조건이 부과된다. 그래서 분리 직후에 얇은 대형 구조물이 진공에서 거동(擧動)하는 것은 개발 시험에서 확인하는 것이 필요하다. 대표적인 2개의 페어링 분리 장치를 소개하였다. ① 클램쉘 분리 방식다음 그림은 로켓의 페어링 분리 기구이다. 1) 2단 기체와 페어링의 결합(원주 방향), 2) 왼쪽 ½ 페어링과 오른쪽 ½ 페어링의 결합을 해제, 분할(分割), 분리한다. 작동 구조는 다음과 같다.비행 전에, 페어링의 분할면(원..

우주로켓은 리프트오프의 순간까지 발사 받침대 위에 고정한다. 리프트오프의 순간에 구속을 해제하고 로켓 기체가 발사대로부터 떠나는 방법은 단순하고 뛰어난 메커니즘이 있다. 발사대의 고정 받침대와 1단 기체 바닥에 3~4개의 금속 핀(Pin)을 같은 개수의 홀에 끼워 넣어서 발사 플랫폼이 리프트오프 전의 로켓 전체를 지탱한다. 금속 핀은 위치 결정과 코어 부분을 위한 것으로 기체와 발사대는 기계적으로 결합하지 않는다. 리프트오프와 함께 천천히 상승하는 기체는 금속 핀이 천천히 빠지면서 발사대에서 이탈한다. 이것은 원래 미국의 델타 로켓에서 실용화되었다. 로켓은 고체로켓 부스터(SRB) 2기가 기체 본체를 지탱하고, 그 바닥을 발사 플랫폼에 볼트와 분리 너트로 결합하고 고정했다. 발사 전의 로켓 전체 중량을 ..

1) 분리 볼트2개의 금속 물체를 결합하는 가장 단순한 방법은 ‘볼트’와 ‘너트’를 사용하는 것으로, 그 결합을 해제하고 분리할 때 볼트를 절단하거나 너트를 해제한다. 크게 나누어 3종류의 분리 볼트가 있다.① 볼트 안에 내장된 화약을 폭발시키는 폭발 볼트② 노치 플랜지 브래킷 볼트③ 볼트 커터 방식 분리 볼트분리 볼트는 구조가 단순하다는 이점이 있지만, 대형 구조물의 분리에 사용하는 경우는 적다. 특히 폭발 볼트가 대형이라면 화약량이 증가하고, 분리할 때에 충격이 커지면서 비산하는 파편의 양도 많아지기 때문이다.2) 분리 너트처음에 볼트와 3개나 4개로 나눠진 너트로 결합하고, 너트의 바깥쪽은 홀더(holder)로 구속한다. 화약이 작동하면 바깥쪽의 구속 너트가 잘려서 결합이 해제된다. 그다음 피스톤이..

로켓 기체 각 부분의 분리는 아주 짧은 시간에 안전하게 확실히 완료할 필요가 있으므로 보통 화공품을 이용한다. 화공품은 화약이나 폭약을 이용하여 순간적으로 발생하는 에너지를 이용하는 장치이며, 일반 산업용 외에 항공우주 분야에서 널리 이용하고 있다. 기계식, 유압이나 가스 압력 방식과 비교하여 구조가 단순하고 순간적으로 큰 에너지를 이용할 수 있어서, 장치가 소형이고 경량이며, 작동 전력이 작아도 가능하다. 우주로켓에 많이 사용하는 화공품은 안전성이나 신뢰성 측면에서 뛰어난 실적을 가지고 있다. 화공품을 이용한 로켓 분리 장치의 기능을 그림과 같다. 오리온 모듈의 폭발 볼트1) 화약과 폭약화공품은 화약과 폭약을 이용한다. 화약과 폭약은 열과 충격이 작용하면 급격한 화학반응을 일으키고 고에너지를 발생하는 ..

우주로켓은 발사 정비 작업 중 발사 받침대 위에 고정된다. 리프트오프 순간에 구속이 해제되고 상승 비행을 시작한다. 그다음 로켓은 우주 공간에 도달할 때까지 고체로켓 부스터, 위성 페어링, 1단 기체, 2단 기체 등 역할을 다하고 소용없는 구조물을 차례로 분리하여 투기하면서 비행한다. Falcon 9 landing trajectory 1개의 구조물을 로켓 본체로부터 분리한다는 의미는 분리하는 부분을 미리 지상에서 결합했다는 것이다. 그다음 비행 중에 그 결합을 해제, 분리하고 투기하는 것을 의미한다. 분리 장치는 결합, 결합 해제, 분리, 투기라는 일련의 과정을 합리적으로 완료하는 시스템이다. 분리할 부분을 직접 절단해서 분리하는 방법도 이용된다. 분리 장치는 분리 직전까지 충분한 결합력을 가져야 하지만..

현재까지 개발된 로켓 기체에 이용된 대표적인 재료를 소개한다. ① 알루미늄 합금: 로켓의 주요 구조물은 알루미늄 합금을 주로 사용한다. 그 이유는 경량으로 강도, 강성 특성이 뛰어나고, 비교적 저가로 입수할 수 있으며, 가공성이 뛰어나기 때문이다. 용접성이 뛰어난 알루미늄 합금은 액체로켓 탱크 제조에 사용한다. 고온에 약하다는 것이 단점이며, 150~170℃까지 사용할 수 있다. 온도가 더 올라가면 강도, 강성 특성이 저하되고, 구조물의 기능을 잃는다. 알루미늄 합금의 녹는점은 500~660℃이다. 우주왕복선 날개와 동체는 알루미늄 합금으로 제조되었지만, 대기권을 재돌입할 때 공력 가열로부터 기체를 보호하도록 모든 표면을 여러 종류의 내열 타일로 덮는다. 타일 일부가 탈락하면 표면이 고속, 고온의 공기 ..

1) 내하 능력우주로켓의 구조를 설계할 때 가장 중요한 것은 로켓 기체가 받는 모든 하중에 구조물로써 하중을 견디는 동시에 경량화를 최대한 추구하는 데 있다. 우주로켓은 지상의 운송, 발사 준비 및 비행 사이에 다양한 하중(외력)을 받는다. 특히 비행 중인 로켓 기체는 추진제 탱크의 내압 하중, 엔진 추력이나 공력의 기체 축 방향 압축 하중과 굽힘하중, 추가로 동적 하중 등 많은 어려운 하중을 받는다. 로켓의 구조물은 이러한 하중을 받아도 원래 기능을 정상으로 유지하는 것, 바로 ‘하중에 견디는 능력’이 필요하다. ‘하중에 견디는 능력’이란 구조물 및 재료가 최대 하중을 받아도 ‘항복’이나 ‘파괴’가 발생하지 않는 강도를 가진 것이나 과도한 ‘해로운 탄성 변형’을 일으키지 않는 것을 의미한다. 항복이란 ..

보통 우주로켓 본체의 구조 질량 중 추진제 탱크가 대부분을 차지한다. 그래서 로켓 전체의 구조 성능을 향상하려면 탱크의 경량화가 필수이다. 1) 일체형 탱크현재 우주로켓의 추진제 탱크는 원통 형상의 탱크 벽이 내압 하중과 비행 하중을 모두 부담하는 형태로 일체형 탱크(Integral Tank)라고 부른다. 탱크는 주로 구조물의 일부로서 추진제를 저장하는 공간을 제공할 뿐만 아니라 다양한 외력으로 발생하는 하중을 견디는 동시에 엔진 추력을 코어 기체의 상단에 전달한다. 현재 일체형 탱크의 구조 성능(질량 대비)은 매우 뛰어나며, 사용 재료의 강도, 강성 특성은 거의 한계에 가깝다. 추진제 탱크는 몇 기압의 하중을 받는 용기이므로 기밀성도 필요하다. 액체산소와 액체수소 등의 탱크에서는 비행 중에 상당량의 액..