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액체 로켓 부스터

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목차

1. 개요

액체 로켓 부스터(LRB)는 액체 연료를 사용하는 로켓 부스터를 의미하며, 로켓 발사체의 추력을 보조하여 더 많은 탑재량을 운반하거나 궤도 진입 성능을 향상시키는 데 사용된다. 1926년 로버트 고다드가 액체 연료 로켓을 성공적으로 시험한 이후, 냉전 시대의 R-7 세미요르카 미사일을 시작으로 다양한 로켓에 적용되었다. 아리안 4, 델타 IV 헤비, 팰컨 헤비 등 여러 발사체에서 액체 로켓 부스터가 사용되었으며, 중국의 창정 시리즈 발사체에서도 널리 활용된다. 미국에서는 우주 발사 시스템(SLS) 개발을 위해 F-1B 엔진을 사용하는 부스터 설계가 고려되었으며, 현재는 델타 IV 헤비와 팰컨 헤비와 같이 액체 로켓 부스터를 활용한 발사체가 운용되고 있다.

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액체 로켓 부스터
액체 로켓 부스터
유형로켓 부스터
추진제액체 추진제

2. 역사

1926년, 미국의 과학자 로버트 고다드는 액체 연료를 사용한 최초의 로켓을 매사추세츠주 오번에서 제작하여 성공적으로 시험했다.

냉전 시대의 R-7 세미요르카 미사일은 나중에 소유스 로켓으로 발전했는데, 발사대에서 수많은 로켓 엔진을 모두 점화하여 작동 여부를 확인할 수 있었기 때문에 이러한 개념이 선택되었다.

1980년대의 소련 에네르기아 로켓은 4개의 제니트 액체 연료 부스터를 사용하여 ''부란''과 실험적인 ''폴류스'' 우주 전투 기지를 두 번의 분리된 발사로 쏘아 올렸다.

일본 H-IIA 우주 로켓은 더 높은 정지 궤도로 추가 화물을 운반하기 위해 1개 또는 2개의 LRB를 사용하는 방안을 검토했으나, H-IIB로 대체되었다.

아리안 4 우주 발사체는 42L, 44L 및 44LP 구성을 포함하여 2개 또는 4개의 LRB를 사용할 수 있었다. 부스터가 제공하는 탑재량 증가의 예로, 부스터가 없는 기본 아리안 40 모델은 정지 천이 궤도에 약 2175kg을 발사할 수 있었고,[1] 44L 구성은 액체 부스터 4개를 추가하여 동일한 궤도에 4790kg을 발사할 수 있었다.[2]

우주 왕복선 개발 프로그램 초기와 ''챌린저'' 사고 이후에는 다양한 LRB가 고려되었지만, 우주 왕복선은 퇴역할 때까지 우주 왕복선 고체 로켓 부스터를 계속 사용했다.

우주 왕복선이 퇴역한 후, 프랫 & 휘트니 로켓다인과 다이네틱스는 NASA의 차세대 유인 우주선인 우주 발사 시스템 (SLS)을 위해 "Pyrios"라는 부스터 설계를 통해 "첨단 부스터 경쟁"에 참여했으며, 이는 아폴로 계획에서 1단계의 새턴 V 차량을 추진했던 로켓다인 F-1 LOX/RP-1 엔진에서 파생된 두 개의 보다 진보된 F-1B 부스터 엔진을 사용할 예정이었다. 2012년, SLS 블록 2에 듀얼 엔진 Pyrios 부스터가 선택되면 탑재량은 저궤도(LEO)까지 150t이 될 수 있으며, 이는 SLS 블록 2의 LEO에 대한 의회의 최소 요구 사항인 130t보다 20t 더 많은 것으로 결정되었다.[3] 2013년, F-1 엔진과 비교하여 F-1B 엔진은 효율성이 향상되고 비용 효율적이며 엔진 부품이 더 적을 것으로 보고되었다.[4] 각 F-1B는 해수면에서 1800000lbf의 추력을 생산할 예정이었으며, 이는 초기 F-1 엔진의 추력 1550000lbf보다 증가한 것이다.[5]

중국의 창정 2F를 포함한 많은 창정 로켓들은 액체 부스터를 사용해 왔다.[6] 퇴역한 창정 2E[7], 창정 3B[8] 및 창정 3C[9] 변종도 유사한 4개의 액체 부스터를 사용했다. 중국은 2017년 현재 최신 발사체 시리즈인 창정 7과 창정 5를 위해 반극저온 부스터를 개발했다.

3. 현재의 이용

델타 IV 헤비는 중앙 커먼 부스터 코어(CBC)와 2개의 추가 CBC를 액체 로켓 부스터(LRB)로 사용한다. 이륙 시 세 개의 코어는 모두 최대 추력으로 작동하고, 44초 후에 중앙 코어는 부스터가 분리될 때까지 연료를 절약하기 위해 55%까지 조절된다.[20] 안가라 A5V와 팰컨 헤비는 개념적으로 델타 IV 헤비와 유사하다.[21]

팰컨 헤비는 원래 중앙 코어 엔진이 분리될 때까지 두 측면 코어로부터 연료와 산화제를 공급받는 "추진제 교차 공급" 기능으로 설계되었으나,[22] 2016년에 이 기능은 구현되지 않을 것이라고 발표되었다.[24] 대신 중앙 부스터는 연료를 절약하기 위해 이륙 직후 추력을 낮추고 측면 부스터가 분리된 후 최대 추력을 재개한다.[25]

이후 소유스 로켓으로 발전한 R-7 미사일에서는, 당시에는 아직 상공에서의 엔진 점화가 확립되지 않았기 때문에, 다수의 모든 로켓 엔진을 점화하여 아직 발사대에 머무는 동안 로켓의 기능을 확인하기 위해 액체 로켓 부스터가 활용되었다.

소비에트의 1980년대 에네르기아 로켓은 4기의 제니트 액체 부스터를 사용하여 부란 셔틀과 실험적인 폴류스 우주 배치 무기 2기의 우주선을 발사했다.

일본의 H-IIA 로켓은 아리안 5에 대항하여 대형 위성 발사 능력을 획득하기 위해, 또한 HTV 발사를 위해 LRB 1개와 SRB 2개를 갖춘 H-IIA212형이 발안되었지만,[16] 계획은 H-IIB에 의해 대체되었다.

또한 H-IIA는 무인 우주왕복선 HOPE용으로 LRB 2개와 SRB 2개를 갖춘 H-IIA222형도 계획되었지만,[16] HOPE의 개발 중지와 함께 222형의 개발도 중지되었다.

아리안 4에서도 2개 또는 4개의 LRB(42L, 44L과 44LP 사양)가 선택지로 있었다. 부스터를 갖추지 않은 기본형 아리안 40에서는 정지 천이 궤도에 2175kg 투입 가능하며, 4개의 액체 부스터를 갖춘 44L 사양에서는 같은 궤도에 4790kg 투입 가능했다.

우주왕복선 개발 계획의 초기와 챌린저호 폭발 사고 이후에는 다양한 LRB가 검토되었지만, 셔틀의 퇴역까지 SRB가 계속 사용되었다.

4. CCB와 CBC

델타 IV 헤비는 델타 IV 미디엄 버전에서 사용되는 GEM-60 고체 로켓 모터 대신 LRB로 두 개의 추가 커먼 부스터 코어(CBC)가 있는 중앙 CBC로 구성된다. 이륙 시 세 개의 코어는 모두 최대 추력으로 작동하고, 44초 후에 중앙 코어는 부스터가 분리될 때까지 연료를 절약하기 위해 55%까지 조절된다.[20] 안가라 A5V와 팰컨 헤비는 개념적으로 델타 IV 헤비와 유사하다.[21]

팰컨 헤비는 원래 중앙 코어 엔진이 분리될 때까지 두 측면 코어로부터 연료와 산화제를 공급받는 독특한 "추진제 교차 공급" 기능으로 설계되었다.[22] 주로 측면 부스터에서 연료를 공급하여 발사부터 모든 엔진을 최대 추력으로 작동하면 측면 부스터가 더 빨리 고갈되어 가속되는 질량을 더 일찍 분리할 수 있다. 이렇게 하면 부스터 분리 후에도 중앙 코어 추진제의 대부분을 사용할 수 있게 된다.[23] 머스크는 2016년에 크로스피드가 구현되지 않을 것이라고 밝혔다.[24] 대신 중앙 부스터는 연료를 절약하기 위해 이륙 직후 스로틀을 낮추고 측면 부스터가 분리된 후 최대 추력을 재개한다.[25]

미국 공군의 EELV 계획에서는 다음과 같은 2종류의 로켓 시스템이 개발되었다.


  • 코먼 코어 부스터 (Common Core Booster, CCB): 아틀라스 V를 구성하는 로켓이다.
  • 코먼 부스터 코어 (Common Booster Core, CBC): 델타 IV를 구성하는 로켓이다. 3개를 병렬로 배치한 델타 IV 헤비 구성이 있다.

5. 한국의 액체 로켓 부스터 개발 (추가 제안)

(이전 출력이 없으므로, 수정할 내용이 없습니다. 원본 소스와 함께 섹션 제목, 요약 등을 제공해주시면 위키텍스트 형식으로 작성해드리겠습니다.)

참조

[1] 웹사이트 Ariane 4 http://www.astronaut[...] 2011-03-29
[2] 웹사이트 Ariane 44L http://www.astronaut[...] 2005-08-14
[3] 뉴스 Dynetics PWR liquidize SLS booster competition http://www.nasaspace[...] 2012-11
[4] 뉴스 Dynetics reporting "outstanding" progress on F-1B rocket engine https://arstechnica.[...] Ars Technica 2013-08-13
[5] 뉴스 New F-1B rocket engine upgrades Apollo-era design with 1.8M lbs of thrust https://arstechnica.[...] Ars Technica 2013-04-15
[6] 웹사이트 Chang Zheng 2F http://www.astronaut[...] 2017-01-10
[7] 웹사이트 Chang Zheng 2E http://www.astronaut[...] 2017-01-10
[8] 웹사이트 Long March 3B/E – Rockets http://spaceflight10[...] 2017-01-10
[9] 웹사이트 Long March 5 – Rockets http://spaceflight10[...] 2017-01-10
[10] 웹사이트 Delta IV Payload Planner's Guide, June 2013 http://www.ulalaunch[...] 2014-07-26
[11] 웹사이트 Capabilities & Services http://www.spacex.co[...] SpaceX 2017-08-21
[12] 웹사이트 The SpaceX Falcon Heavy Booster http://www.nss.org/a[...] National Space Society 2012-11-24
[13] 웹사이트 SpaceX Announces Launch Date for the World's Most Powerful Rocket http://www.spaceref.[...] SpaceX 2011-04-05
[14] 트윗 '"Does FH expendable performance include crossfeed?" "No cross feed. It would help performance, but is not needed for these numbers."' 2017-06-24
[15] 웹사이트 Falcon Heavy http://www.spacex.co[...] SpaceX 2017-04-05
[16] 웹사이트 -english- https://www.nasda.go[...] 宇宙開発事業団 2024-04-17
[17] 뉴스 Dynetics PWR liquidize SLS booster competition http://www.nasaspace[...] 2012-11
[18] 뉴스 Dynetics reporting "outstanding" progress on F-1B rocket engine http://arstechnica.c[...] Ars Technica 2013-08-13
[19] 뉴스 New F-1B rocket engine upgrades Apollo-era design with 1.8M lbs of thrust http://arstechnica.c[...] Ars Technica 2013-04-15
[20] 웹인용 Delta IV Payload Planner's Guide, June 2013 http://www.ulalaunch[...] 2014-07-26
[21] 웹인용 Capabilities & Services http://www.spacex.co[...] SpaceX 2017-08-21
[22] 웹인용 The SpaceX Falcon Heavy Booster http://www.nss.org/a[...] National Space Society 2012-11-24
[23] 웹인용 SpaceX Announces Launch Date for the World's Most Powerful Rocket http://www.spaceref.[...] SpaceX 2011-04-05
[24] 트윗 '"Does FH expendable performance include crossfeed?" "No cross feed. It would help performance, but is not needed for these numbers."' 2017-06-24
[25] 웹인용 Falcon Heavy http://www.spacex.co[...] SpaceX 2017-04-05


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