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드네프르 로켓

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목차

1. 개요

드네프르 로켓은 R-36MUTTH 대륙간 탄도 미사일을 기반으로, 1970년대 우크라이나 SSR 드네프로페트로우스크의 유즈노예 설계국에서 개발되었다. 러시아 전략 로켓군에서 퇴역한 ICBM을 상업용으로 개조하여, 카자흐스탄의 바이코누르 우주 기지, 러시아 돔바로프스키 발사 기지 등에서 발사되었다. 1999년 첫 상업 발사에 성공했으며, 대한민국 아리랑 5호와 3A호 발사에 사용되기도 했다. 2014년 러시아-우크라이나 전쟁 이후 우크라이나와의 협력 중단으로 인해 프로그램이 종료되었다.

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드네프르 로켓
개요
기능궤도 운반 로켓
제작사유즈노예 설계국 (설계)
유즈마쉬 (제조)
Khartron (제어 시스템)
원산지소비에트 연방 (원래 제작)
우크라이나 (1999년 이후 상업 발사)
가격US$ 2,900만 달러 http://www.gao.gov/products/GAO-17-609
높이34.3 m
지름3 m
질량211,000 kg
단3단
상태퇴역http://spaceflightnow.com/2016/12/30/iridium-satellites-closed-up-for-launch-on-falcon-9-rocket/
발사장바이코누르 109/95번 발사장
야스니 LC-13 발사장
최초 발사1999년 4월 21일
마지막 발사2015년 3월 25일
발사 횟수22회
성공 횟수21회
실패 횟수1회
궤도 투입 능력
저궤도4,500 kg
ISS3,200 kg
태양 동기 궤도2,300 kg
달 궤도 진입550 kg (ST-1 포함)
1단
종류1단
엔진RD-264 모듈 1개 ( RD-263 엔진 4개)
추력4,520 kN
비추력318 s
연소 시간130 초
연료사산화 이질소 / UDMH
2단
종류2단
엔진RD-0255 모듈 1개 ( RD-0256 메인 엔진 1개, 버니어 RD-0257 1개)
추력755 kN
비추력340 s
연소 시간190 초
연료N2O4 / UDMH
3단
종류3단
엔진RD-864 1개
추력20.2 kN
비추력309 s
연소 시간1,000 초
연료사산화 이질소 / UDMH

2. 역사

드네프르 로켓은 냉전 시대 소련의 대륙간 탄도 미사일(ICBM)이었던 R-36MUTTH을 기반으로 개발되었다. 이 미사일은 1970년대 우크라이나 SSR의 유즈노예 설계국에서 설계되었으며[4], NATO에서는 ''SS-18 사탄''이라는 코드명으로 불렸다. 냉전 종식 후, 군축 조약에 따라 폐기될 예정이었던 R-36 미사일 중 일부(총 150기)가 상업용 위성 발사체로 전환되어 '드네프르'라는 이름으로 재활용되었다. 이는 러시아와 우크라이나의 합작 회사인 ISC 코스모트라스를 통해 운영되었으며, 카자흐스탄의 바이코누르 우주 기지와 러시아의 돔바로프스키 공군기지에서 발사되었다.

드네프르 로켓은 저장 가능한 액체 추진제를 사용하는 다단계 로켓으로, 비교적 저렴한 발사 비용 덕분에 한때 상업 위성 발사 시장에서 주목받았다. 그러나 2014년 유로마이단 사태와 이어진 러시아-우크라이나 전쟁으로 러시아와 우크라이나의 관계가 급격히 악화되면서 프로그램의 지속 가능성에 문제가 생겼다. 결국 2015년 2월, 러시아는 우크라이나와의 드네프르 공동 프로그램을 중단한다고 발표했으며, 이는 우크라이나의 관련 산업, 특히 로켓 제조사인 유즈마쉬에 타격을 주었다.[5] 이후 드네프르 로켓의 발사는 급격히 줄어들어 2015년에 단 한 차례 발사된 것을 마지막으로 사실상 프로그램이 중단되었고[7], 기존 발사 계약 고객들은 다른 발사 서비스 제공업체를 찾아야 했다.[8][9][10][1]

한편, 스페이스X의 창립자 일론 머스크는 사업 초기에 저렴한 발사체를 확보하기 위해 러시아로부터 드네프르 로켓 구매를 시도했으나 가격 협상에 실패했다. 이 경험은 그가 자체적으로 로켓을 개발하여 스페이스X를 설립하는 중요한 계기가 되었다.[11][12]

2. 1. 개발 배경

드네프르 로켓의 이름은 설계국인 유즈노예와 제조 공장인 유즈마쉬가 위치한 우크라이나의 도시 드네프르(과거 드네프로페트로우스크)에서 유래했다.

이 로켓은 1970년대 우크라이나 SSR 시절 드네프로페트로우스크의 유즈노예 설계국에서 설계된 R-36MUTTH 대륙간 탄도 미사일(ICBM)을 기반으로 한다. 이 미사일은 NATO에서 ''SS-18 사탄''이라는 코드명으로 불렸다. 이 프로젝트의 주요 개발자로는 보리스 구바노프와 세르게이 알렉세예비치 소포프 등이 있다.[4] 로켓의 제어 시스템은 우크라이나 하르키우에 위치한 JSC "하르트론"사에서 개발하고 생산했다.

2. 2. 상업적 운용

드네프르 발사 영상


드네프르 로켓은 러시아 전략 로켓군에서 퇴역한 R-36MUTTH 대륙간 탄도 미사일 (ICBM)을 상업적 용도로 전환한 것이다. 총 150기의 ICBM이 상업용으로 전환되어 2020년까지 발사될 예정이었다.[4] 드네프르는 러시아가 통제하는 카자흐스탄의 바이코누르 우주 기지와 러시아 오렌부르크 지역 야스니 인근의 돔바로프스키 공군기지에서 발사되었다. 1999년 4월 21일, 영국의 소형 위성 UoSAT-12를 탑재하여 첫 상업 발사에 성공했다.

그러나 2015년 2월, 유로마이단과 러시아-우크라이나 전쟁으로 양국 관계가 악화되자 러시아는 "드네프르 로켓 발사를 위한 우크라이나와의 공동 프로그램을 중단한다"고 발표했다.[5] 당시 운영사인 ISC 코스모트라스는 2015년에 3번의 발사 의무를 이행할 것이라고 밝혔으나,[6] 실제로는 단 한 번만 발사되었다.[7]

2016년 말까지 추가 발사는 이루어지지 않았고, 나머지 발사 계약 고객들은 다른 발사 서비스 제공업체로 전환했다.[8][9][10][1]

한편, 스페이스X의 창립자인 일론 머스크는 초기에 저렴한 발사체를 찾기 위해 러시아에서 드네프르 로켓 구매를 시도했으나 가격 협상에 실패했다. 이 경험은 그가 직접 로켓을 개발하여 스페이스X를 설립하는 계기가 되었다.[11][12]

2. 3. 프로그램 중단

2014년 유로마이단 혁명과 이후 발발한 러시아-우크라이나 전쟁으로 인해 러시아와 우크라이나 간의 긴장 관계가 고조되었다. 이러한 상황 속에서 약 1년 뒤인 2015년 2월, 러시아는 우크라이나와의 드네프르 로켓 공동 프로그램을 중단한다고 발표했다.[5] 또한 러시아는 우크라이나산 제니트 로켓 구매에도 더 이상 관심이 없다고 밝혀, 우크라이나 우주 프로그램과 드네프르 로켓을 생산하던 유즈마쉬 공장은 심각한 재정난에 직면하게 되었다.[5]

당시 드네프르 로켓 발사 서비스를 제공하던 합작 회사 ISC 코스모트라스는 2015년에 예정되어 있던 3번의 발사를 계속 이행할 것이라고 밝혔으나,[6] 실제로는 단 한 번의 발사만이 이루어졌다.[7] 이후 2016년 말까지 추가적인 드네프르 로켓 발사는 없었으며, 발사 계약이 남아있던 고객들은 스페이스X의 팰컨 9과 같은 다른 상업용 발사체로 서비스를 변경해야 했다.[8][9][10][1]

3. 성능

드네프르 로켓은 소련 시절 개발된 R-36M ICBM을 기반으로 약간의 수정을 거쳐 만들어진 우주 발사체이다. 주요 차이점은 위성을 탑재하기 위한 어댑터(Space Head Module)와 수정된 비행 제어 장치이다.

기본적인 3단 구성으로 300km 고도의 저궤도(궤도 경사각 50.6도)에 최대 3600kg의 탑재체를 올릴 수 있으며, 같은 고도의 태양 동기 궤도(궤도 경사각 98.0도)에는 최대 2300kg을 발사할 수 있다. 일반적인 임무에서는 비교적 큰 주 탑재체와 함께 여러 개의 소형 위성이나 큐브위성을 보조 탑재체로 동시에 발사하는 경우가 많았다.

드네프르는 기본적으로 3단 로켓이며, 모든 발사는 3단 구성으로 이루어졌다. 1단과 2단은 ICBM의 것을 그대로 사용하고, 3단은 약간의 개조를 거쳤다. 1단부터 3단까지 모두 저장성이 좋은 액체 연료인 사산화 이질소와 비대칭 디메틸히드라진을 사용한다. 더 높은 궤도로 위성을 보내기 위해 스페이스 태그(Space Tug)라는 추가 단(4단, 5단)이 개발되기도 했다. 스페이스 태그를 사용하면 탑재체 용량은 줄어들지만 호만 전이 궤도와 같이 더 높은 에너지가 필요한 궤도에 진입할 수 있다.

구분1단2단3단4단 (옵션)5단 (옵션)
엔진RD-264RD-0255RD-869스페이스 태그 1 (ST-1)스페이스 태그 3 (ST-3)
추력4520 kN755 kN18.6 kNTBC
비추력318 초340 초317 초TBC
연소 시간130 초317 초1,000 초TBC
연료사산화 이질소 / 비대칭 디메틸히드라진고체 연료사산화 이질소 / 비대칭 디메틸히드라진


3. 1. 발사 방식 (특징적인 발사 시퀀스)

드네프르 로켓은 실전 배치된 R-36M ICBM을 기반으로 약간의 수정만 거친 발사체이다.[33][34] 이러한 배경 때문에 일반적인 우주 발사체와는 다른 독특한 발사 방식을 사용한다.

발사는 지하 사일로에서 시작된다. 사일로 내부에서 가스가 팽창하는 힘을 이용하여 로켓 본체를 지상으로 밀어 올린다. 이후 로켓이 지상 20m 고도에 도달했을 때 1단 엔진을 점화하는 콜드 론치 방식을 채택했다. 이 때문에 발사 영상을 보면 로켓이 잠시 상승을 멈추었다가 1단 엔진 점화 후 다시 상승하는 모습을 볼 수 있다. 점화 시 발생하는 고온의 가스로부터 1단 엔진 노즐을 보호하기 위해, 엔진 부분은 원통형의 "보호 트레이"로 덮여 있다. 이 트레이는 로켓이 사일로에서 완전히 빠져나온 후 옆 방향으로 자체 모터를 분사하여 로켓 본체와의 충돌을 피하며 분리된다.[33][34]

또한, 드네프르 로켓은 원래 MIRV(다탄두 각개 재돌입 비행체) 방출을 위해 설계되었기 때문에 3단 엔진의 분사구가 로켓의 상부(앞쪽)를 향하도록 장착되어 있다. 따라서 위성을 목표 궤도에 진입시키기 위해 가속하려면, 3단 엔진 점화 직전에 로켓의 자세를 180도 회전시켜 엔진이 진행 방향의 뒤쪽을 향하도록 해야 한다.[33][34]

페이로드 페어링은 2중 구조로 되어 있다. 바깥쪽 페어링은 2단 상승 중에 분리되지만, 안쪽 페어링(Gas Dynamic Shield)은 3단 엔진 연소가 끝난 후에 분리된다. 이는 위성이 3단 엔진의 연소 챔버 4기 중앙에 위치한 원통 내부에 탑재되기 때문이다. 3단 연소 시 발생하는 가스가 위성에 직접 닿아 손상을 입히는 것을 방지하기 위한 설계이다. 즉, 일반적인 로켓처럼 위성을 아래에서 밀어 올리는 방식이 아니라, 위성을 끌어당기는 형태로 3단 엔진이 작동한다. 이 때문에 위성을 분리한 후, 위성보다 위쪽에 위치하게 되는 3단 로켓은 분리된 위성과의 충돌을 피하기 위해 계속해서 상승 기동을 해야 한다.[33][34]

4. 대한민국과의 관계

2013년 대한민국의 4번째 다목적 실용위성인 아리랑 5호가 드네프르 로켓을 이용하여 성공적으로 발사되었다.

이후 2015년 3월 26일 오전 7시에는 5번째 다목적 실용위성인 아리랑 3A호가 드네프르 로켓에 실려 성공적으로 발사되었다.

5. 발사 기록

드네프르 로켓은 본래 러시아 전략 로켓군에서 운용하던 대륙간 탄도 미사일(ICBM) R-36M을 기반으로 개발되었다. ICBM으로 사용될 당시에는 160회 이상 발사되어 97%의 높은 신뢰도를 기록했다. 이후 상업용 위성 발사체로 전환되어 여러 차례 발사를 수행했으며, 이 과정에서 단 한 차례의 발사 실패가 있었다.

드네프르는 한 번의 발사로 여러 개의 위성을 동시에 궤도에 올리는 다중 발사 능력을 보여주었으며, 한때 최다 위성 동시 발사 기록을 보유하기도 했다.[13][14] 상세한 발사 기록과 주요 성공 및 실패 사례는 아래 하위 섹션에서 다룬다.

5. 1. 주요 발사

드네프르 로켓은 상업 운용에 들어가기 전 러시아 전략 로켓군에서 사용되었으며, ICBM 버전은 97%의 신뢰도로 160회 이상 발사되었다. 상업적 목적으로 여러 번 사용되었으며, 한 번의 실패가 있었다.

최초의 위성 발사는 1999년 4월 21일에 이루어졌으며, 영국의 소형 위성 UoSAT-12를 발사했다. 2005년 8월 23일에는 JAXA의 광 위성 간 통신 실험 위성(OICETS, 키라리)와 소형 기술 실증 위성(INDEX, 레이메이)를 성공적으로 발사했다. 2006년 7월 12일에는 비게로우 에어로스페이스사의 제네시스 I 발사에 사용되었다.

특히 2013년 8월 22일에는 대한민국의 4번째 다목적 실용위성인 아리랑 5호 (KOMPSAT-5)가 드네프르에 탑재되어 성공적으로 발사되었고,[21] 2015년 3월 25일에는 5번째 다목적 실용위성인 아리랑 3A호 (KOMPSAT-3A)가 드네프르에 실려 성공적으로 발사되었다.[25]

드네프르는 한 번의 발사로 가장 많은 위성을 궤도에 올린 기록을 두 번 보유했다. 2007년 4월 17일 발사에서는 14개의 탑재체를 궤도에 올려 당시 기록을 세웠으나,[15] 이 기록은 2013년 11월 20일 미국의 미노타우르 1 로켓이 29개의 위성을 올리면서 깨졌다.[13] 그러나 바로 다음 날인 2013년 11월 21일, 드네프르는 32개의 위성을 저궤도에 배치하여 최다 위성 발사 기록을 다시 갱신했다.[14][22][31] 이 기록은 2014년 1월 안타레스 로켓이 34개의 위성을 발사하면서 다시 깨졌지만, 드네프르는 2014년 6월 19일 발사에서 로켓에서 직접 방출한 위성 33기와 Unisat-6에서 추가 방출된 4기를 포함하여 총 37기의 위성을 성공적으로 발사하며 다중 위성 발사 능력을 다시 한번 입증했다.[23][32]

다음은 드네프르 로켓의 주요 발사 기록이다.

비행날짜 (UTC)탑재체궤도발사장
11999년 4월 21일 04:59UoSAT-12LEO 650 km / 65˚바이코누르
22000년 9월 26일 10:05MegSat-1 (이탈리아), UniSat (이탈리아), TiungSat-1 (말레이시아), SaudiSat-1A/1B (사우디 아라비아)LEO 650 km / 65˚바이코누르
32002년 12월 20일 17:00라틴샛 1/2 (아르헨티나), SaudiSat-1S (사우디 아라비아), UniSat 2 (이탈리아), Rubin 2 (독일), TrailBlazer Test (미국)LEO 650 km / 65˚바이코누르
42004년 6월 29일 06:30데메테르 (프랑스), 사우디콤샛-1/2 (사우디 아라비아), SaudiSat 2 (사우디 아라비아), 라틴샛 C/D (아르헨티나), Unisat-3 (이탈리아), Amsat Echo (미국)SSO 700 × 850 km / 98˚바이코누르
52005년 8월 23일 21:10OICETS (일본), INDEX / 레이메이 (일본), 투르크메니스탄 기념 캡슐 (투르크메니스탄)SSO 600 × 550 km / 98˚바이코누르
62006년 7월 12일 14:53제네시스 I (미국)LEO 560 km / 65˚야스니
72006년 7월 26일 19:43벨카 (벨라루스), UniSat-4 (이탈리아), PiCPoT (이탈리아), 바우마네츠 (러시아), AeroCube-1, PolySat CP-1/2, ICEcube-1/2, ION, KUTESat, Merope, 린콘 1, Mea Huaka`i (Voyager) (미국), SACRED (미국), HAUSAT-1 (대한민국), Ncube-1 (노르웨이), SEEDS (일본)궤도 진입 실패바이코누르
82007년 4월 17일 06:46이집트샛 1, SaudiSat 3, 사우디콤샛 3-7, PolySat CP-3/4, CAPE-1, Libertad 1 (콜롬비아), AeroCube 2, CubeSat TestBed 1, MASTSSO 692 × 665 km / 98˚[15]바이코누르
92007년 6월 15일 02:14테라SAR-XLEO 514 km / 97˚[16]바이코누르
102007년 6월 28일 15:02제네시스 IILEO 560 km / 65˚야스니
112008년 8월 29일 07:16래피드아이 1-5SSO[17]바이코누르
12[18]2008년 10월 1일 06:37테오스SSO야스니
132009년 7월 29일 18:46두바이샛-1, 데이모스-1, UK-DMC 2, 나노샛 1B, AprizeSat-3/4SSO바이코누르
142010년 4월 8일 13:57크리오샛-2극궤도바이코누르
15[19]2010년 6월 15일 14:42프리즈마, 피카르, BPA-1SSO야스니
162010년 6월 21일 02:14탄뎀-XLEO바이코누르
17[20]2011년 8월 17일 07:12시치-2, 나이지리아샛-2, 나이지리아샛-X, RASAT, EduSAT, AprizeSat-5/6, BPA-2LEO야스니
18[21]2013년 8월 22일 14:39KOMPSAT-5 (대한민국)LEO야스니
19[22]2013년 11월 21일 07:10iCube-1 (파키스탄), STSAT-3, 두바이샛-2, 스카이샛 1, WNISAT 1, 렘 (BRITE-PL), AprizeSat-7/8, UniSat 5, 델피-n3Xt, 도브 3/4, Triton 1, CINEMA 2/3, OPTOS, CubeBug 2, GOMX 1, NEE-02 크리사오르, FUNcube-1, HiNCube, ZACUBE-1, BPA 3, HumSat-D, PUCP-SAT 1, First-MOVE, UWE 3, VELOX-P 2, BeakerSat 1, $50SAT, QubeScout S1, Wren, Pocket-PUCPLEO야스니
20[23]2014년 6월 19일 19:11데이모스-2, 카즈이오샛 2, UniSat 6, 사우디샛-4, AprizeSat-9/10, 호도요시 3 / 호도요시 4, BRITE CA-1/2, 태블릿샛-오로라, 벅샛 1, 페르세우스-M 1/2, QB50 P1/P2, 나노샛C-Br 1, DTUSat 2, POPSAT-HIP 1, PolyITAN 1, PACE, 두치파트-1, 플록-1c 1-11, AeroCube 6, 렘루어-1, ANTELSAT, TigrisatLEO야스니
21[24]2014년 11월 6일 07:35ASNARO 1, 호도요시 1, 주부샛 1, 츠바메, QSAT-EOS (모두 일본)LEO야스니
22[25]2015년 3월 25일 22:08KOMPSAT-3A (대한민국)LEO야스니


5. 2. 발사 실패

2006년 7월 26일에 실시된 7번째 발사는 실패로 끝났다. 발사 74초 후에 1단 엔진이 정지했으며, 조사 결과 1단 엔진의 연소실 #4 펌핑 유압 구동 장치 오작동이 원인으로 밝혀졌다. 이 오작동은 로켓의 롤 불안정성을 야기하여 요(yaw) 및 피치(pitch) 각도가 과도하게 벗어나는 결과를 초래했다. 로켓은 발사대에서 150km 떨어진 카자흐스탄의 인구 밀도가 낮은 지역에 추락했다. 추락 지점은 유독성 추진제로 인해 오염되었으며, 이로 인해 러시아는 카자흐스탄에 110.00000000000001만달러의 보상금을 지불해야 했다.[26] 이 사고로 일본 대학에서 개발한 SEEDS를 포함하여 탑재되었던 18개의 소형 위성이 모두 파괴되었다. 이 발사에 사용된 로켓은 제작된 지 20년 이상 된 것이었다. 유사한 사고 재발을 방지하기 위해 발사 절차가 변경되었으며, 사고 조사가 완료될 때까지 바이코누르 우주 기지에서의 드네프르 및 R-36M 로켓 발사는 중단되었다.

참조

[1] 웹사이트 Iridium satellites closed up for launch on Falcon 9 rocket http://spaceflightno[...] 2016-12-30
[2] 웹사이트 The Dnepr launcher http://www.russiansp[...] RussianSpaceWeb.com
[3] 웹사이트 UoSAT-12 Integrates with Dnepr for Launch on 21 April https://web.archive.[...] Surrey Satellite Technology Ltd
[4] 웹사이트 Первый заместитель генерального конструктора Научно-производственного объединения "Энергия", ведущий конструктор ракетно-космического комплекса "Энергия-Буран" https://kai.ru/web/e[...] 2024-04-02
[5] 뉴스 Russia Severing Ties With Ukraine on Dnepr, Zenit Launch Programs https://web.archive.[...] 2015-02-06
[6] 뉴스 Customers assured of Dnepr rocket's near-term availability http://spaceflightno[...] 2015-02-06
[7] 웹사이트 General Catalog of Artificial Space Objects - R-36 https://planet4589.o[...] 2022-04-18
[8] 웹사이트 Iridium-NEXT http://space.skyrock[...] 2016-12-30
[9] 웹사이트 GRACE-FO http://space.skyrock[...] 2016-12-30
[10] 웹사이트 Paz http://space.skyrock[...] 2016-12-30
[11] 웹사이트 Is SpaceX Changing the Rocket Equation? ! Space ! Air & Space Magazine http://www.airspacem[...] 2017-02-23
[12] 뉴스 Elon Musk's Space Dream Almost Killed Tesla https://www.bloomber[...] 2015-05-14
[13] 웹사이트 Orbital's Minotaur I successfully lofts multitude of payloads http://www.nasaspace[...] NASASpaceflight.com 2013-11-20
[14] 웹사이트 Russian Dnepr conducts record-breaking 32 satellite haul http://www.nasaspace[...] NASASpaceflight.com 2013-11-21
[15] 웹사이트 EgyptSat 1/Saudisat-3 launch details http://www.federalsp[...] Roskosmos
[16] 웹사이트 TerraSAR-X launch details https://web.archive.[...] Roskosmos 2007-07-01
[17] 웹사이트 Five RapidEye remote sensing satellites launched http://www.spaceflig[...] Spaceflight Now
[18] 웹사이트 Space briefs - Dnepr Launches Thai Remote Sensing Craft https://spacenews.co[...] Space News 2008-10-10
[19] 웹사이트 French Sun Satellite and Swedish Experiment Blast Off on Russian Rocket http://www.space.com[...] Spaceflight Now (Space.com) 2010-06-15
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