창정 로켓
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1. 개요
창정 로켓은 중국의 우주 발사체 시리즈로, 둥펑 미사일의 초기 버전을 기반으로 개발되었다. 1970년 4월 24일 창정 1호 발사 성공으로 독립적인 발사 능력을 갖춘 다섯 번째 국가가 되었으며, 이후 창정 2호 계열 발사체로 대체되었다. 창정 로켓은 다양한 종류가 있으며, 현재 창정 2C, 2D, 2F, 3A, 3B, 3C, 4A, 4B, 4C, 5호, 6호, 7호, 8호, 11호 등이 사용되고 있다. 1980년대부터 상업 발사 시장에 진출하여 국제적인 위성 발사 서비스를 제공해 왔으나, 미국의 제재로 인해 어려움을 겪기도 했다. 창정 로켓은 유인 우주선 발사, 달 탐사, 상업용 위성 발사 등 다양한 분야에서 활용되고 있으며, 향후 창정 9호, 창정 10호 등 차세대 로켓 개발을 통해 우주 개발 역량을 더욱 강화할 것으로 전망된다.
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창정 9호는 중국에서 개발 중인 초대형 발사체로, 지구 저궤도에 140톤 이상의 화물을 수송할 수 있도록 설계되었으며, 2030년 최초 발사를 목표로 국제 달 연구 기지 건설 등에 활용될 예정이다.
| 창정 로켓 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 유형 | 소모성 로켓 |
| 국가 | 중국 |
| 운영 주체 | 중국 국가항천국 |
| 제조사 | 중국항천과기집단공사 |
| 발사 장소 | 주취안 위성발사센터 타이위안 위성발사센터 시창 위성발사센터 원창 위성발사센터 |
| 상태 | 현역 |
| 역사 | |
| 첫 발사 | 1970년 4월 24일 |
| 발사 횟수 | 400회 이상 (2021년 12월 기준) |
| 특징 | |
| 단 수 | 2단, 3단, 4단 |
| 연료 | 액체 연료 (극저온 및 비극저온) 고체 연료 |
| 파생형 | 창정 1호 창정 2호 창정 3호 창정 4호 창정 5호 창정 6호 창정 7호 창정 8호 창정 9호 (개발 중) 창정 10호 (개발 중) 창정 11호 창정 12호 (개발 중) 창정 20호 (제안) |
| 성능 | |
| 지구 저궤도 (LEO) 수송 능력 | 700 kg ~ 25,000 kg |
| 정지 궤도 (GTO) 수송 능력 | 2500 kg ~ 14,000 kg |
2. 역사
1970년 4월 24일, 중국은 둥팡훙 1호를 저궤도에 진입시키기 위해 창정 1호 로켓을 사용했으며, 이로써 독립적인 발사 능력을 갖춘 다섯 번째 국가가 되었다. 초기 발사는 중국 위성 발사에 집중되었고, 창정 1호는 곧 창정 2호 계열 발사체로 대체되었다.
창정 1호는 중국의 2단 중거리 탄도 미사일(IRBM) DF-4(둥펑 4 미사일)에서 파생되었으며, 창정 2호, 창정 3호, 창정 4호는 대륙간 탄도 미사일(ICBM) DF-5(둥펑 5 미사일)에서 파생되었다. 그러나 미국과 러시아처럼 우주 로켓과 전략 미사일의 요구 사항 차이로 인해 개발 방향이 분리되었다. 발사체의 주요 목표는 탑재량 최대화인 반면, 전략 미사일은 신속한 발사와 선제 공격 생존 능력이 더 중요하다.
2006년 7월 11일, 신화통신은 중국이 기존 창정 로켓보다 탑재 능력이 3배 뛰어난 차세대 로켓엔진 개발에 성공했다고 보도했다.[54] 이는 24톤의 페이로드를 LEO에 올릴 수 있다는 의미로, 러시아의 프로톤 로켓과 비슷한 수준이다.
2007년 10월 24일, 쓰촨성 시창 위성발사센터에서 창정 3A 로켓으로 중국 최초의 달 탐사선 창어 1호를 발사하였다.[55]
2010년대에는 창정 5호, 창정 6호, 창정 7호, 창정 11호 등 신세대 로켓이 잇따라 등장하여 2015년-2016년에 걸쳐 첫 발사에 성공했다. 또한, 새턴 V를 넘는 130톤급 초대형 창정 9호 개발도 진행 중이다.
2. 1. 초기 개발 (1970년대 이전)
창정 로켓은 둥펑 초기 버전과 관련되어 있다. 둥펑은 지상 발사형 ICBM을 일컫는 일반적인 중국 명칭이다. 우주 로켓의 최종 목표는 추력을 크게 늘려 인공위성 궤도에 올릴 수 있는 페이로드 중량을 최대로 늘리는 것이지만, ICBM의 최종 목표는 추력을 올리는 것보다는 빠르게 발사하고 최초의 적 공격에서 살아남는 생존성이다. 이러한 차이로 인해 차세대 우주 로켓은 극저온 연료를 사용하여 추력을 극대화하는 반면, 차세대 ICBM은 이동식에 고체 연료를 사용하게끔 개발 방향이 달라진다. 대륙간 탄도 미사일은 최소 시속 8000km, 인공위성 발사용 로켓은 시속 29,000km의 속도를 갖는다.1970년 4월 24일, 중국은 자국 최초의 인공위성인 둥팡훙 1호(직역: "동방홍 1호")를 저궤도에 진입시키기 위해 창정 1호 로켓을 사용했으며, 이로써 독립적인 발사 능력을 갖춘 다섯 번째 국가가 되었다. 초기 발사는 중국 위성 발사에 집중하면서 일관성이 없는 기록을 보였다. 창정 1호는 곧 창정 2호 계열 발사체로 대체되었다.
창정 1호 로켓은 초기 중국의 2단 중거리 탄도 미사일(IRBM) DF-4(둥펑 4 미사일)에서 파생되었으며, 창정 2호, 창정 3호, 창정 4호 로켓 계열은 중국의 2단 대륙간 탄도 미사일(ICBM) DF-5(둥펑 5 미사일)에서 파생되었다. 그러나 미국과 러시아의 로켓과 마찬가지로, 우주 로켓과 전략 미사일의 서로 다른 요구 사항으로 인해 우주 로켓과 미사일의 개발이 분기되었다. 발사체의 주요 목표는 탑재량을 최대화하는 것이지만, 전략 미사일의 경우 투발 중량 증가는 신속하게 발사하고 선제 공격에서 생존하는 능력보다 훨씬 덜 중요하다. 이러한 분기는 차세대 창정 로켓에서 분명해졌는데, 차세대 전략 미사일이 이동 가능하고 고체 연료를 사용하는 것과는 대조적으로 극저온 연료를 사용한다.
소련에서 중국으로의 기술 도입은 얀겔 설계국(OKB-586)의 기술진에 의해 1957년 12월 24일부터 이루어졌으며, 중소 분쟁의 진행으로 인해 소련 공산당 지도부에 의한 기술진 철수가 완료되는 1960년 6월까지 2년 반 동안 지속되었다. 이 기간 동안 R-1, R-2, R-5와 같은 V2 로켓 계통의 IRBM 기술 이전이 이루어졌고, 이들을 국산화한 둥펑 1호(DF-1)형 MRBM과 둥펑 2호(DF-2)형 MRBM 개발이 이루어졌을 뿐이었다. 중국은 기술진 철수 후에 얀겔 설계국이 개발한 R-12형 IRBM의 기술 이전을 요구했지만 거부되었다.
이러한 배경에서 창정 1호 로켓의 기반이 된 DF-3 계획은 1964년부터 독자 개발 형태로 시작되었다. DF-3에 사용된 YF-1 엔진의 연료 공급 계통은 V2 로켓 직계의 구조이며, R-12의 RD-214 엔진에서의 발렌틴 글루슈코의 손에 의한 이 시기의 소련제 엔진 특유의 구조와는 전혀 다른 구조이다.
펑바오 1호, 창정 2호, DF-5는 DF-3 및 DF-4와 마찬가지로 1964년부터 개발이 시작되었다. 독자 개발한 그 전보다 2배 이상의 추력을 가진 엔진을 탑재하고, 구조재에 알루미늄 합금을 채용, 디지털식 자세 및 유도 제어 장치의 탑재, 추진제 탱크의 자기 가압 등 신규 기술이 다수 도입되어, 그전의 창정 1호와는 일선을 긋는 것이 되었다.
이러한 로켓 개발에는 1935년에 도미하여 1955년에 미중 정부의 교섭으로 귀국한 첸쉐썬이 중심적인 역할을 했다. 첸쉐썬은 미국에서 초기 탄도 미사일 개발의 제일인자였으며, 제트 추진 연구소(JPL)의 공동 설립자 중 한 명이기도 하다.
2. 2. 상업 발사 시장 진출 (1980년대-1990년대)
미국 우주왕복선 ''챌린저''호 폭발 사고 이후, 상업적 발사 대기 물량이 증가하면서 중국은 국제 발사 시장에 진출할 기회를 얻었다. 1988년 9월, 로널드 레이건 미국 대통령은 중국 로켓으로 미국 위성을 발사하는 것을 허용하는 데 동의했다.[4] 레이건의 위성 수출 정책은 부시와 클린턴 행정부를 거치면서 1998년까지 20개 이상의 승인을 받으며 이어졌다.[5] 1990년 창정 3호 로켓은 원래 우주왕복선으로 발사되었다가 실패 후 다른 우주왕복선에 의해 회수된 아시아샛 1(AsiaSat 1)을 탑재하여 발사했는데, 이는 중국 로켓에 실린 최초의 외국 탑재체였다.그러나 1992년부터 1996년 사이에 큰 문제들이 발생했다. 창정 2E호는 결함이 있는 페어링으로 설계되어 로켓의 과도한 진동에 직면했을 때 붕괴되었다. 단 7번의 발사 후, 창정 2E호는 옵터스 B2 위성과 아파스타 2 위성을 파괴하고 아시아샛 2를 손상시켰다.[6][7] 1996년에는 창정 3B호가 발사 직후 궤도를 벗어나 근처 마을에 추락하는 치명적인 사고를 겪었다. 이 사고로 최소 6명이 지상에서 사망했고, 인텔샛 708 위성도 파괴되었다.[8] 창정 3호 역시 1996년 8월 차이나샛-7 발사 중 부분적인 실패를 겪었다.[9] 6기의 창정 로켓(창정 2C/SD)은 초기 이리듐 위성단의 약 1/6에 해당하는 12개의 이리듐 위성을 발사했다.[10]
1990년대 중반, 미국은 중국의 발사체를 이용한 발사가 중국 군대를 도울 수 있다는 우려로 인해 기업이 중국 발사체에 위성을 탑재할 수 있도록 수출 면허를 발급하는 것을 중단했고, 이는 중국의 통신 위성 발사 노력에 타격을 주었다. 이에 탈레스 알레니아 스페이스(Thales Alenia Space)는 미국산 부품을 전혀 사용하지 않고 중싱 6B 위성을 제작했다. 이를 통해 미국의 무기 수출 규제(ITAR)를 위반하지 않고 중국 발사체에 위성을 탑재하여 발사할 수 있었다.[47] 2007년 7월 5일, 창정 3B 로켓으로 발사가 성공적으로 수행되었다.
2. 3. 미국의 제재와 극복 (1990년대 후반-현재)
미국 우주왕복선 ''챌린저''호 폭발 사고 이후, 상업용 발사 대기 물량이 증가하면서 중국은 국제 발사 시장에 진출할 기회를 얻었다. 1988년 9월, 미국 대통령 로널드 레이건은 중국 로켓으로 미국 위성을 발사하는 것을 허용하는 데 동의했다.[4] 레이건의 위성 수출 정책은 부시와 클린턴 행정부를 거치면서 1998년까지 20개 이상의 승인을 받으며 이어졌다.[5] 아시아샛 1(AsiaSat 1)은 원래 우주왕복선으로 발사되었으나 실패 후 다른 우주왕복선에 의해 회수되었는데, 1990년 중국 로켓에 실린 최초의 외국 탑재체로서 창정 3호에 의해 발사되었다.그러나 1992년부터 1996년 사이에 주요한 좌절이 발생했다. 창정 2E호는 결함 있는 페어링으로 설계되었는데, 이는 로켓의 과도한 진동에 직면했을 때 붕괴되었다. 단 7번의 발사 후, 창정 2E호는 옵터스 B2 위성과 아파스타 2 위성을 파괴하고 아시아샛 2를 손상시켰다.[6][7] 창정 3B호 또한 1996년에 치명적인 사고를 겪었는데, 발사 직후 궤도를 벗어나 근처 마을에 추락했다. 지상에서 최소 6명이 사망했고, 인텔샛 708 위성도 파괴되었다.[8] 창정 3호 역시 1996년 8월 차이나샛-7 발사 중 부분적인 실패를 겪었다.[9] 6기의 창정 로켓(창정 2C/SD)은 초기 이리듐 위성단의 약 6분의 1에 해당하는 12개의 이리듐 위성을 발사했다.[10]
1995년 1월 26일, 시창 위성 발사 센터에서 발사된 창정 2E형이 발사 직후 폭발하여 20명 이상의 사망자를 내는 사고가 발생했다.[50]
1996년 2월 14일, 인텔샛 708을 탑재하고 시창 위성 발사 센터에서 발사된 창정 3B형 1호기가 발사 직후 통제 불능 상태가 되어 근처 마을에 추락하는 사고가 발생했다. 사망자는 6명, 부상자는 57명이었다.
미국 기업들의 아파스타 2호와 인텔샛 708호 조사 참여는 미국에서 큰 논란을 일으켰다. 콕스 보고서에서 미국 의회는 스페이스 시스템즈/로랄과 휴즈 항공기 회사가 중국 로켓과 탄도 미사일의 설계를 개선할 정보를 이전했다고 비난했다.[11] 창정 로켓은 상업적 발사를 허용받았지만, 미국 국무부는 1998년 이후 중국에 어떠한 위성 수출 면허도 승인하지 않았다. 1999년 4월 창정 3B호 로켓으로 발사될 예정이었던 차이나샛 8호[12]는 보관되었다가 싱가포르 기업 프로토스타에 판매되었고, 결국 2008년 유럽 로켓 아리안 5호에 실려 발사되었다.[11]
1988년 챌린저호 폭발 사고의 영향으로 미국 대통령 로널드 레이건은 중국산 로켓에 의한 미국 기업의 위성 발사를 허가했지만[51], 6.4 톈안먼 사건 이후 미국은 이를 금지했기 때문에 중국의 통신 위성 발사 서비스는 큰 타격을 입었다. 이 문제에 직면한 유럽의 탈레스 알레니아 스페이스(Thales Alenia Space)는 Chinasat-6B 위성 제조에 있어서 미국산 부품을 전혀 사용하지 않았다. 그 때문에 이 위성은 미국의 무기 수출 규정에 저촉되지 않고 중국산 로켓으로 발사할 수 있게 되었다. 이 발사는 2007년 7월 5일, 창정 3B 로켓으로 진행되었으며 성공했다.
2005년부터 2012년까지 창정 로켓은 유럽 기업 탈레스 알레니아 스페이스가 제작한 ITAR(국제 무기 거래 규정) 면제 위성을 발사했다.[13] 그러나 탈레스 알레니아는 2013년 미국 국무부가 ITAR 부품을 판매한 미국 기업에 벌금을 부과한 후 ITAR 면제 위성 라인을 중단해야 했다.[14] 탈레스 알레니아 스페이스는 "모든 위성의 볼트와 너트"가 ITAR에 의해 제한받고 있다고 오랫동안 불만을 제기했으며, 유럽 우주국(ESA)은 미국이 기술 보호 대신 ITAR을 사용하여 중국으로의 수출을 막고 있다고 비난했다.[15] 2016년, 미국 산업안보국의 한 관계자는 "미국산 부품은 그 중요성에 관계없이, 외국산 제품에 통합되었는지 여부에 관계없이 중국으로 갈 수 없다"고 확인했다. 유럽 항공우주 산업은 미국 위성 부품의 대체품 개발에 힘쓰고 있다.[16]
2009년 8월 31일 18시 28분, 쓰촨성 시창 위성 발사 센터에서 인도네시아 통신 회사 인도샛의 통신 위성 팔라파 D를 실은 창정 3B 로켓을 발사했을 때, 3단 재점화 시 문제로 인해 소정의 궤도 진입에 실패했다. 그러나 위성 측 엔진을 사용하여 팔라파 D는 3일 후에 스스로 예정된 정지 천이 궤도(GTO) 고도에 도달했고[52], 10일 후에는 예정된 정지 궤도에 있다는 것이 발표되었다.[53] 다만, 궤도 진입을 위해 연료를 예정보다 더 소비하여 정지 위성으로서의 수명이 단축될 것으로 예상된다.
2. 4. 주요 발사 성공 사례
미국 우주왕복선 ''챌린저''호 폭발 사고 이후, 증가하는 상업적 발사 대기 물량은 중국에게 국제 발사 시장에 진출할 기회를 제공했다. 1988년 9월, 미국 대통령 로널드 레이건은 중국 로켓으로 미국 위성을 발사하는 것을 허용하는 데 동의했다.[4] 아시아샛 1(AsiaSat 1)은 1990년 중국 로켓에 실린 최초의 외국 탑재체로서 창정 3호에 의해 발사되었다.그러나 1992년부터 1996년 사이에 주요한 실패 사례들이 있었다. 창정 2E호는 결함 있는 페어링으로 설계되었는데, 이는 로켓의 과도한 진동에 직면했을 때 붕괴되었다. 단 7번의 발사 후, 창정 2E호는 옵터스 B2 위성과 아파스타 2 위성을 파괴하고 아시아샛 2를 손상시켰다.[6][7] 창정 3B호 또한 1996년에 치명적인 사고를 겪었는데, 발사 직후 궤도를 벗어나 근처 마을에 추락했다. 지상에서 최소 6명이 사망했고, 인텔샛 708 위성도 파괴되었다.[8] 창정 3호 역시 1996년 8월 차이나샛-7 발사 중 부분적인 실패를 겪었다.[9]
1996년 10월부터 2009년 4월까지 창정 로켓 계열은 75번의 연속적인 성공적인 발사를 수행했으며, 주요 우주 비행 이정표는 다음과 같다.
- 2003년 10월 15일, 창정 2F 로켓이 ''선저우 5호'' 우주선을 성공적으로 발사하여 중국 최초의 우주 비행사를 우주로 보냈다.
- 2007년 6월 1일, 창정 로켓은 통산 100번째 발사를 완료했다.
- 2007년 10월 24일, 창정 3A가 시창 위성 발사 센터에서 "창어 1호" 달 궤도 우주선을 (10:05 UTC) 성공적으로 발사했다.[55]
창정 로켓은 이후 훌륭한 신뢰성 기록을 유지해왔다. 2010년 이후 창정 발사는 전 세계 우주 발사의 15~25%를 차지했다.
3. 추진제
모든 로켓의 추진제는 연료와 산화제로 구성되어 있다. 제트엔진은 연료만 탑재하며, 산화제는 공기 흡입구를 통해 외부의 산소를 흡입하여 사용한다. 그러나 로켓엔진은 공기 흡입구가 없으며, 내부에 산화제를 탑재하고 있다.[1]
창정 1호는 1, 2단에 질산과 비대칭 디메틸히드라진(UDMH) 추진제를 사용했으며, 상단은 스핀 안정화 고체 로켓 엔진을 사용했다.[1]
창정 2호, 창정 3호, 창정 4호는 주단 및 관련 액체 로켓 부스터에 사산화 이질소(N2O4)를 산화제로, UDMH를 연료로 사용한다.[1]
차세대 창정 로켓 계열인 창정 5호 및 파생형 창정 6호, 창정 7호, 창정 8호, 창정 10호는 무독성 LOX/케로신 및 LOX/LH2 액체 추진제를 사용한다(일부 상단에서는 UDMH/N2O4가 계속 사용됨).[1]
창정 9호는 LOX/CH4(메탈록스) 로켓으로 개발 중이다.[1]
3. 1. 저장성 추진제
창정 로켓의 주된 부분인 부스터에는 저장성 연료(storable propellants)인 UDMH을 연료로, 사산화이질소(N2O4)를 산화제로 사용한다.[1] 이는 스커드 미사일의 연료와 동일하다. 창정 3호 로켓의 3단 부분은 극저온 연료(cryogenic fuel)인 액화수소(LH2)를 연료로, 액화산소(LOX)를 산화제로 사용하는 YF-73과 YF-75 엔진을 사용한다.[1]
3. 2. 극저온 추진제
창정 3호의 3단에는 YF-73과 YF-75 엔진이 사용된다. 이 엔진들은 극저온 연료(cryogenic fuel)인 액화수소(LH2, Liquid hydrogen)를 사용하며, 산화제로는 액화산소(LOX, Liquid oxygen)를 사용한다.[1]3. 3. 고체 추진제
창정 11호는 고체 추진 로켓이다.[1]4. 주요 로켓 계열
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