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최근에 발사를 한 누리호는 700km의 태양동기궤도(SSO)에 1.5톤급 다목적실용위성인 아리랑위성을 발사하기위해 설계된 발사체임. 하지만 통신위성이나 기상위성 등 3.5톤급의 정지궤도위성을 발사하기에는 부족하여 팰컨9, 아리안, H-IIA 등의 해외발사체에 의존해야만하는 상황이기에 그러한 수준의 중대형발사체를 개발할 필요가 생김



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차기발사체의 롤모델은 가장 성공적인 발사체인 팰컨시리즈가 되는데 팰컨시리즈의 경우 2단형식이고 1,2단이 같은 엔진을 사용하고 1단에는 다수의 클러스터링이 적용됨.(3단을 제외할경우 누리호도 해당되는 내용) 그리고 가장 큰 특징으로는 재사용이 가능하다는거임.



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팰컨시리즈 로켓이 쓰는 엔진인 멀린-1D는 약 500kg의 무게로 100톤급 추력을 내는 그야말로 케로신연료 앤진의 끝판왕임에도(누리호 엔진은 75톤급에 900kg) 재사용 로켓으로 쓰기에는 큰 단점이 있었음.

바로 검댕문제인데 케로신을 연료로 쓰는 이상 이문제는 해결이 불가능했고 그에따라 스타십과 같은 차기발사체에는 검댕이 남지않는 메테인을 연료로 채택함.



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위와같은 메테인의 장점으로 국내 연구진들도 메테인연료를 고려하게되었는데 검댕문제 말고도 새로운 장점이 생김. 바로 지리적문제 해결인데 지도를 보면 알 수 있듯 일본열도 때문에 동쪽으로 발사는 사실상 불가능하고 남쪽으로의 발사도 제한적인데 이문제를 메테인 연료의 높은 성능으로 해결하기 쉽게됨.



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물론 메테인을 연료로 쓴다고 해도 다른 국가의 발사체에 비해 1단이 비대해져야한다는 단점이 있긴 하지만 그렇다고 안 쏠 수는 없으니 그대로 진행을 하게됨.



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차기발사체의 엔진으로 고려된건 다음과 같이 세가지임

1.  MSC 메테인을 연료로 쓰는 다단연소엔진

2. KSC 케로신을 연료로 쓰는 다단연소엔진(최근에 재점화 성공한 국산엔진이 이 방식)

3. KGG 케로신을 연료로 쓰는 가스발생기엔진(누리호가 이 방식)

위에선 메테인이 좋다해놓고 왜 케로신도 고려했냐하면 기반기술이 있어서임



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위에서 설명했듯 차기발사체는 1,2단이 같은 엔진을 쓰고 1단은 9단클러스터링이 된 2단로켓이고 투입중량은 700km 고도의 SSO 기준 4.2톤으로 고정됨.

그 결과 로켓의 구조비에따라 엔진의 필요톤수가 결정되었음.

구조비는 대충 로켓에 연료를 가득 채웠을때에 대한 텅 비었을때의 무게고 당연히 작을수록 좋음.

참고로 누리호의 경우 약 10%, 팰컨9의 경우 5%인데 여기서의 목표치는 6~9% 정도로 보임.



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위성이 로켓의 상단에 의해 궤도에 투입될 때 로켓의 추력이 너무 크면 가속도가 높고 연소시간이 짧아 궤도를 정밀조절하기가 어려운 단점이 있음. 그렇기에 약 300초 정도의 연소시간을 가지는게 좋다고 판단되었는데 이를 만족시키는건 구조비가 6,7%일때의 메테인엔진밖에 없음.

다만 추력을 줄여 연소시간을 늘리는 등의 방식을 통해 구조비 8% 수준의 메테인 앤진과 6%수준의 케로신 다단연소엔진도 충분히 고려해볼만한 선택지임.


여튼 위에서 나온 조언등을 잘 따라 구조비 6~7% 수준의 35톤급 메테인 엔진 9개를 클러스터링해 1단으로 쓰고 2단은 그 엔진을 하나만 쓰는 식으로 하여 발사체를 만들경우 나름 재사용이 가능한 훌륭한 미니 팰컨9가 완성됨.



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하지만 이정도만으론 정지궤도나 심우주 탐사에 투입되기 어렵기에 추가적인 개량이 필요한데 이는 팰컨헤비나 델타4헤비와 같이 공통코어를 쓰는 부스터를 통해 해결할 수 있음.



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앞서 말한대로 같은 코어를 쓰는 부스터를 양옆에 달고 중앙부분의 추력을 75%수준으로 줄여 부스터 분리시간을 따로 두는등의 개량을 한다면 GTO(정지천이궤도)에 약 5.1~5.9톤의 물체를 투입할 수 있고 이는 H-2A, 아틀라스5 등과 같은 해외의 고성능 발사체와 대등한 수준의 발사체로 변신하게됨.



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또한 요즘의 추세에 맞게 재사용을 고려했는데 RTLS(Return To Launch Site), DRL(Down Range Landing) 모두 고려했는데 RTLS로 할 경우 KGG엔진을 쓸 경우 별지랄을 해도 기존 누리호만도 못한 ㅆㅎㅌㅊ성능을 보여줬고 MSC엔진을 쓸 경우 구조비를 7% 밑으로 낮출경우 기존의 누리호보다 뛰어난 성능을 보여줌. 만약 부스터를 쓸 경운 당연히 이보다 나은 성능을 보여줄거고.


또한 구조비를 줄일 수 있는 방법으로는 엔진등의 구조물을 3D 프린터로 제작하고 마찰교반용접 등 신기술을 마구 적용해보자 하는걸로 마무리했음.


마지막으로 지금 우리나라의 기술력이면 구조비 7%에 35톤급 MSC 엔진을 클러스터링해 미니 스페이스x로 만드는게 가장 타당할것같다로 마무리가 되었음.


참고로 이 계획은 제목에서 알 수 있듯 연구원의 제안안일뿐 실제로 이렇게 할 계획은 아직까지는 없음.


세줄요약

1. 재사용엔진 개쩜

2. 메테인엔진 개쩜

3. 저 기술 이용해서 미니 스페이스x 가자