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관측 로켓

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목차

1. 개요

관측 로켓은 과학 연구, 기상 관측, 마이크로중력 연구 등 다양한 목적으로 사용되는 로켓이다. 고체 연료 로켓과 탑재체로 구성되며, 대기권 상층 연구, 자외선 및 X선 천문학 연구, 오로라 관측 등에 활용된다. 관측 로켓은 기구나 인공위성에 비해 비용 효율적이며, 단기간에 준비할 수 있다는 장점이 있다. 대한민국은 과거 과학 로켓(KSR) 시리즈를 개발하여 운용했으며, 현재는 민간 기업에서 독자적인 관측 로켓 개발을 시도하고 있다. 관측 로켓 기술은 군사적 목적으로도 활용될 수 있어 국제적인 규제 대상이 되기도 한다.

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관측 로켓
개요
유형무인 실험용 로켓
용도대기권 상층부 연구, 우주 탐사 장비 시험
최대 고도수백km (일반적), 1,500km 이상 (특별 목적)
체공 시간수 분 ~ 20분
발사 장소이동식 발사대, 고정식 발사대
회수낙하산, 해상 회수 (경우에 따라)
특징
경제성저렴한 비용으로 빠른 실험 가능
유연성다양한 실험 장비 탑재 가능
접근성비교적 용이한 발사 절차
위험성낮은 궤도 진입 실패 위험 (인공위성 대비)
역사 및 개발
기원제2차 세계 대전 당시 독일의 V-2 로켓
초기 개발 목적고고도 대기 연구
현대적 용도우주 마이크로 중력 실험
극지방 오로라 관측
새로운 우주 기술 검증
주요 개발 국가미국
일본
유럽
한국과학기술정보통신부에서 개발 주도
구성 요소
로켓 모터고체 로켓 모터 (일반적), 액체 로켓 모터 (고성능)
탑재체과학 실험 장비
측정 장비 (고도, 속도, 위치 등)
통신 장비
카메라
자세 제어 시스템핀
노즐 제어
RCS (반작용 제어 시스템)
회수 시스템낙하산
위치 추적 장치
해상 부양 장치
활용 분야
과학 연구대기 물리 및 화학 연구
우주 생물학 실험
천문 관측
기술 개발새로운 로켓 기술 시험
우주 장비 성능 검증
극초음속 비행체 연구
교육학생 로켓 개발 프로젝트 지원
군사적 목적미사일 기술 개발 (간접적)
관련 용어
아음속 로켓음속 미만의 속도로 비행하는 로켓
초음속 로켓음속보다 빠른 속도로 비행하는 로켓
고체 로켓고체 추진제를 사용하는 로켓
액체 로켓액체 추진제를 사용하는 로켓
하이브리드 로켓고체와 액체 추진제를 함께 사용하는 로켓
観測ロケット (간소쿠 로켓)일본어로 "관측 로켓"을 의미
기타
Rope Trick 효과Rope Trick 효과 또는 Rapatronic 이미지는 핵폭발 연구 중에 발생한다.

2. 역사

초창기 관측 로켓은 액체 로켓 추진제를 사용하는 WAC 코퍼럴, Aerobee, Viking과 같은 로켓이었다. 제2차 세계 대전 직후에는 미국과 소련이 독일의 V-2 로켓을 기반으로 한 R-1 미사일을 관측 로켓으로 사용했다. 1950년대 이후에는 나이키, 탈로스, 테리어, 스패로우와 같은 잉여 군용 부스터를 활용했다. 1960년대 이후에는 Black Brant 시리즈와 같이 목적에 맞게 설계된 로켓이 관측 로켓의 주류를 이루었으며, 종종 군용 잉여 부품을 추가하기도 했다.

관측 로켓 개발은 소련에서 처음 시도되었다. 초기 로켓 개발자들은 로켓 발사 능력 개발에 집중했지만, 일부는 성층권 이상 현상 탐사를 목표로 했다. 1936년 레닌그라드(현재 상트페테르부르크)에서 열린 성층권 연구 회의에는 라디오존데가 주로 다루어졌지만, "기록 로켓"을 개발하려는 소규모 그룹도 있었다.[12] 여기에는 소련 우주 프로그램의 주요 인물이 된 세르게이 코롤레프도 참석했다.

레닌그라드 제트 추진 연구 그룹의 V. V. 라주모프는 관측 로켓 설계에 관심이 있었다. A. I. 폴라르니는 R-06을 설계했는데, 비행은 성공했지만 기상학적 역할은 수행하지 못했다.[12] 소련의 초기 관측 로켓 개발은 제2차 세계 대전 이전에 실패했다.[12] P. I. 이바노프는 1946년 3월에 3단계 로켓을 제작해 비행시켰으나, 1946년 여름 말 추력 부족으로 개발이 중단되었다.[12]

최초의 성공적인 관측 로켓은 캘리포니아 공과대학에서 제작되었다. 제2차 세계 대전 이전, 프랭크 말리나 그룹은 테오도어 폰 카르만의 후원 아래 "자살 부대"로 알려져 있었다. 이들은 상층 대기 탐사를 위해 고고도에 기기를 올리고 결과를 회수하는 수단을 개발하고자 했다. MGM-5 코퍼럴은 미 육군 최초의 유도 미사일이 되었다.

신호대는 약 11.34kg의 기기를 약 30480.00m 이상으로 운반할 관측 로켓을 요구했다. WAC 코퍼럴은 액체 추진 로켓으로, 코퍼럴 미사일 개발 경험을 제공했다.[13][14] 치엔 쉬에선과 함께 "연속 임펄스에 의한 추진력을 가진 관측 로켓의 비행 분석"을 작성했다. WAC 코퍼럴은 미국 관측 로켓의 기초가 되었으며, RTV-G-4 범퍼의 상단으로 개조되었다.

1940년대 후반 미국의 관측 로켓 개발은 포획된 V-2가 주도했다.[15] 에어로젯은 응용 물리학 연구소와 해군 연구소의 요구를 충족하는 새로운 관측 로켓을 개발했다. 1947년부터 1985년까지 1,000개 이상의 에어로비가 비행했다.[16][17] 에어로비 엔진은 Vanguard (로켓)의 2단계를 구동했고, AJ10 엔진은 우주 왕복선의 궤도 기동 시스템을 구성하는 AJ10-190으로 발전했다.[18]

Viking (로켓)은 해군이 V-2를 대체하고 유도 미사일 기술을 발전시킬 목적으로 개발했다.[19] 짐벌 반응 모터 XLR10-RM-2 엔진을 갖춘 다축 유도 시스템으로 제어되었다. 미국이 국제 지구 물리학의 해(1957-1958)에 위성을 발사하겠다고 발표한 후, 뱅가드 위성 발사체의 첫 번째 단계로 선택되었다. 마지막 두 대의 바이킹은 뱅가드 시험 발사체 1호와 2호로 발사되었다.[20]

제2차 세계 대전 이후 소련은 V-2 기반 관측 로켓을 연구했다. R-1A, R-1B, R-1V, R-1D, R-1E, R-1E(A-1), R-2A, R-5V, R-5 VAO, M-100 등이 발사되었다.[21][22][23][24]

영국, 프랑스, 일본도 초기 관측 로켓 사용자였다. 영국은 Skylark (로켓) 시리즈와 Skua를 개발했다.[16] 프랑스는 베로니크 (로켓)을 개발했고, 모니카 (로켓)은 ONERA 시리즈 로켓으로 대체되었다.[16][25] 일본은 Kappa (로켓)을 사용했다.[16]

중화인민공화국은 T-7 액체 연료 관측 로켓을 발사했다. T-7은 T-7M, T-7A 등으로 이어졌고, T-7/GF-01A는 1969년 FSW 위성 기술 개발 임무를 발사했다. I-7은 동팡홍 1호로 이어졌다. Qian Xuesen은 중국 로켓 개발과 동펑-1 개발에 핵심적인 인물이었다.

1960년대 초까지 관측 로켓은 확립된 기술이 되었다.

2. 1. 세계


  • 영국의 스카이라크 로켓은 1955년에 설계되어 2005년 중단될 때까지 400회 이상 발사되었다.[16]
  • [http://www.rocketlab.co.nz Rocket Lab]은 Atea 로켓을 개발했다. 이 로켓은 고도 250km 이상에 10~70kg의 페이로드를 운반할 수 있다.
  • ASRI는 소형 관측 로켓 프로그램(SSRP)을 운영한다. 이 프로그램은 교육용으로, 고도 7km까지 페이로드를 운반한다.
  • 이란 우주국은 2007년 2월 최초의 관측 로켓을 발사했다.
  • UP 항공우주는 UP Aerospace SpaceLoftXL 관측 로켓을 운영하며, 이 로켓은 고도 225km에 도달할 수 있다.
  • 독일의 TEXUS와 MiniTEXUS는 ESA 프로그램이다.
  • 스웨덴의 Maser 로켓은 ESA 프로그램이다.
  • EADS-ST와 스웨덴의 우주 기업인 MAXUS 계획
  • NASA 관측 로켓 계획
  • JAXA가 운용하는 관측 로켓 S-310/S-520/SS-520
  • [http://www.Beyond-Earth.com Beyond-Earth Enterprises]
  • 스웨덴 우주 공사에 의한 REXUS
  • 브라질 우주국에 의한 VS-30, VS-40, VSB-30
  • 인터스텔라 테크놀로지스에 의한 MOMO


초창기 관측 로켓은 액체 로켓 추진제 로켓인 WAC 코퍼럴, Aerobee, Viking과 같은 로켓이었다. 독일의 V-2는 제2차 세계 대전 직후 미국과 소련의 R-1 미사일을 관측 로켓으로 사용했다. 1950년대 이후에는 나이키, 탈로스, 테리어, 스패로우와 같은 잉여 군용 부스터를 저렴하게 이용할 수 있게 되었다. 1960년대 이후에는 Black Brant 시리즈와 같이 목적에 맞게 설계된 로켓이 관측 로켓을 지배하게 되었으며, 종종 군용 잉여품에서 가져온 추가 단계를 가지고 있었다.

관측 로켓 개발에 대한 초기 시도는 소련에서 이루어졌다. 초창기 로켓 개발자들은 대부분 로켓 발사 능력을 개발하는 데 주력했지만, 일부는 성층권 이상을 탐사하는 것을 목표로 했다. 1936년 레닌그라드(현재 상트페테르부르크)에서 성층권 연구에 관한 전연방 회의가 열렸다. 이 회의는 주로 라디오존데를 다루었지만, 성층권 이상을 탐사하기 위해 "기록 로켓"을 개발하려는 소규모 로켓 개발자 그룹이 있었다.[12] 회의 연사 중에는 나중에 소련 우주 프로그램의 주요 인물이 된 세르게이 코롤레프도 있었다.

관측 로켓 설계에 특히 관심이 있었던 사람은 레닌그라드 제트 추진 연구 그룹의 V. V. 라주모프였다. 모스크바의 소련 방위, 항공 및 화학 건설 지원 협회 내 특별 그룹에서 일하는 A. I. 폴라르니는 R-06을 설계했는데, 결국 비행했지만 기상학적 역할은 하지 못했다.[12]

관측 로켓을 개발하려는 소련의 초기 노력은 가장 초창기 노력이었으며, 궁극적으로 제2차 세계 대전 전에 실패했다.[12] P. I. 이바노프는 1946년 3월에 비행한 3단계 로켓을 제작했다. 1946년 여름 말에 개발은 종료되었는데, 충분한 연구 페이로드를 실어 올릴 만큼 충분한 추력이 부족했기 때문이다.[12]

최초의 성공적인 관측 로켓은 캘리포니아 공과대학에서 제작되었는데, 제2차 세계 대전 전에 프랭크 말리나가 이끄는 로켓 애호가 그룹이 테오도어 폰 카르만의 후원 아래 CIT 사람들 사이에서 "자살 부대"로 알려져 있었다. 자살 부대의 즉각적인 목표는 고고도로 기기를 올리고 그 결과를 회수하는 수단을 개발하는 것이 필요한 상층 대기를 탐사하는 것이었다. 제2차 세계 대전이 시작된 후 CIT 로켓 애호가들은 여러 방위 프로그램에 참여하게 되었는데, 그중 하나는 코퍼럴 미사일 개발이었다. 결국 MGM-5 코퍼럴로 알려지게 된 이 미사일은 미국 육군이 배치한 최초의 유도 미사일이 되었다.

제2차 세계 대전 중 신호대는 약 11.34kg의 기기를 약 30480.00m 이상으로 운반할 관측 로켓에 대한 요구 사항을 만들었다. 그 목표를 달성하기 위해 말리나는 GALCIT 팀이 코퍼럴 미사일 개발을 돕는 데 필요한 경험을 제공하기 위해 소형 액체 추진 로켓을 제안했다.[13][14] 말리나는 치엔 쉬에선(Qian Xuesen의 병음 표기)과 함께 "연속 임펄스에 의한 추진력을 가진 관측 로켓의 비행 분석"을 썼다. 신호대 로켓은 코퍼럴 프로젝트를 위해 개발되었으며, 어떠한 유도 메커니즘도 없었기 때문에 자세 제어가 없었다. 따라서 WAC 코퍼럴이라는 이름이 붙었다. WAC 코퍼럴은 미국 관측 로켓의 기초 역할을 했다. WAC 코퍼럴은 두 가지 버전으로 개발되었으며, 두 번째 버전은 훨씬 개선되었다. 전쟁 후 WAC 코퍼럴은 미국 육군이 시험 중인 훨씬 더 큰 포획된 V-2 로켓과 관측 임무 자금 지원을 놓고 경쟁했다. WAC 코퍼럴은 비용 효율적으로 실험을 고도까지 올리는 임무에서 가려졌으며, 효과적으로 구식이 되었다. WAC 코퍼럴은 나중에 RTV-G-4 범퍼의 첫 번째 2단 로켓의 상단이 되도록 개조되었다.

포획된 V-2는 1940년대 후반 미국의 관측 로켓 및 기타 로켓 개발을 지배했다.[15] 대체품의 필요성을 충족시키기 위해 에어로젯에서 응용 물리학 연구소와 해군 연구소의 요구 사항을 충족시키기 위해 새로운 관측 로켓을 개발했다. 다양한 버전의 1,000개 이상의 에어로비가 1947년에서 1985년 사이에 다양한 고객을 위해 비행했다.[16][17] 에어로비용으로 생산된 한 엔진은 결국 Vanguard (로켓), 즉 목적에 맞게 설계된 최초의 위성 발사체인 Vanguard의 두 번째 단을 구동했다. 많은 에어로비가 사용한 AJ10 엔진은 결국 우주 왕복선의 궤도 기동 시스템을 형성하는 AJ10-190으로 진화했다.[18]

Viking (로켓)은 해군이 처음부터 V-2를 대체하고 심지어 능가할 수 있는 관측 로켓일 뿐만 아니라 유도 미사일 기술을 발전시키기 위한 목적으로 개발되었다.[19] 바이킹은 짐벌 반응 모터 XLR10-RM-2 엔진을 갖춘 다축 유도 시스템으로 제어되었다. 바이킹은 두 가지 주요 버전을 통해 개발되었다. 미국이 국제 지구 물리학의 해(1957-1958)에 위성을 발사할 의사를 발표한 후, 바이킹은 뱅가드 위성 발사체의 첫 번째 단계로 선택되었다. 마지막 두 대의 바이킹은 뱅가드 시험 발사체 1호와 2호로 발사되었다.[20]

제2차 세계 대전 이후 소련은 V-2 기반 관측 로켓도 추구했다. 마지막 두 대의 R-1A는 1949년에 관측 로켓으로 발사되었다. 1951년 7월부터 1956년 6월까지 R-1B 4기, R-1V 2기, R-1D 3기, R-1E 5기, R-1E(A-1) 1기가 뒤따랐다.[21] 개선된 V-2 계승자인 R-2A는 약 193.12km에 도달할 수 있었으며, 1957년 4월부터 1962년 5월까지 발사되었다.[22] 1965년 6월부터 1983년 10월까지 15기의 R-5V가 발사되었다. 1964년 9월과 1965년 10월에 2기의 R-5 VAO가 발사되었다.[23] 최초의 고체 연료 소련 관측 로켓은 M-100이었다.[24] 약 6640기의 M-100 관측 로켓이 1957년부터 1990년까지 발사되었다.

관측 로켓의 다른 초기 사용자는 영국, 프랑스, 일본이었다. 영국은 Skylark (로켓) 시리즈와 이후 Skua를 국제 지구 물리학의 해를 위해 개발했다.[16] 프랑스는 수퍼 V-2의 설계를 시작했지만, 1940년대 후반 프랑스가 필요한 모든 부품을 제조할 수 없었기 때문에 해당 프로그램은 폐기되었다. 베로니크 (로켓)의 개발은 1949년에 시작되었지만, 최초의 전체 규모의 베로니크가 발사된 것은 1952년이었다. 베로니크 변형은 1974년까지 발사되었다.[16][25] 모니카 (로켓) 패밀리는 여러 버전으로 제작된 모든 고체 연료 로켓으로, 나중에 ONERA 시리즈 로켓으로 대체되었다.[16] 일본은 Kappa (로켓)을 사용한 또 다른 초기 사용자였다. 일본은 또한 로코운을 추구했다.[16]

중화인민공화국은 새로운 액체 연료 관측 로켓인 T-7을 발사한 마지막 국가였다.[26] 그것은 매우 원시적인 발사장에서 처음 발사되었는데, "지휘 센터"와 차용된 발전기는 발사대와 작은 강으로 분리된 풀 숲에 있었다. 지휘소와 로켓 발사대 사이에는 전화조차 없는 통신 장비가 없었다. T-7은 T-7M, T-7A, T-7A-S, T-7A-S2 및 T-7/GF-01A로 이어졌다. T-7/ GF-01A는 1969년 FSW 위성 기술 개발 임무를 발사하는 데 사용되었다. 따라서 I-7은 DF-1에 의해 발사된 최초의 중국 위성인 동팡홍 1호(The East is Red 1)로 이어졌다. 중국 로켓 개발과 동펑-1의 개발에 필수적인 인물은 Qian Xuesen(테오도어 폰 카르만과 캘리포니아 공과대학 "자살 부대"와 함께 최초의 성공적인 관측 로켓인 WAC 코퍼럴을 만들었다.)이었다.

1960년대 초까지 관측 로켓은 확립된 기술이 되었다.

2. 2. 대한민국

대한민국은 독자적인 관측 로켓 개발 및 운용 능력을 갖추고 있지 않다. 그러나 과거 대한민국은 과학로켓(KSR) 시리즈를 통해 관측 로켓 개발을 시도한 역사가 있다.

  • KSR-I (Korea Sounding Rocket-I): 1993년 6월과 9월에 발사된 1단형 고체 로켓으로, 한반도 상공의 오존층을 측정하는 과학 임무를 수행했다.
  • KSR-II: 1997년과 1998년에 발사된 2단형 고체 로켓으로, 한반도 상공의 이온층 및 우주 환경을 관측하는 임무를 수행했다.
  • KSR-III: 2002년에 발사된 액체 로켓으로, 독자 개발한 액체 추진 기관의 성능 시험을 목표로 했다.


이후 대한민국은 우주 발사체 개발에 집중하면서 관측 로켓 개발은 중단되었으나, 최근 민간 기업들을 중심으로 소형 관측 로켓 개발 움직임이 나타나고 있다.

3. 설계

현대 관측 로켓의 기본 요소는 고체 연료 로켓 모터와 과학 탑재체이다.[8] 나이키 스모크와 같이 연기 꼬리만 있는 경우도 있는데, 이는 기상 관측 기구보다 더 정확하게 풍향과 풍속을 결정하는 데 사용된다. 나이키 아파치와 같은 관측 로켓은 매우 높은 고도의 바람을 관측하기 위해 나트륨 구름을 살포하기도 한다. 더 크고 고도가 높은 로켓은 고도 및/또는 탑재량 능력을 증가시키기 위해 여러 단을 가지고 있다. 비행의 자유 낙하 부분은 수직 장축을 가진 타원 궤적으로, 탑재체가 원지점 근처에서 떠 있는 것처럼 보이게 한다.[2] 평균 비행 시간은 30분 미만이며, 일반적으로 5분에서 20분 사이이다.[2] 로켓은 비행의 상승 부분의 1단에서 연료를 소모한 다음, 종종 분리되어 떨어져 나가고 탑재체는 아크를 완료하며, 때로는 작은 풍선이나 낙하산과 같은 항력원에 의해 하강한다.[8]

관측 로켓의 샘플 탑재체


관측 로켓은 풍선, 비행기, 포병을 "1단"으로 활용해 왔다. 프로젝트 파사이드[9][10]는 106188m3 풍선, 4개의 리크루트 로켓으로 구성된 1단, 1개의 리크루트로 구성된 2단, 4개의 애로우 II 모터로 구성된 3단, 마지막으로 1개의 애로우 II로 구성된 4단 로켓인 로쿤을 활용했다. 해군 F4D 및 F-4 전투기에서 공중 발사된 스파로에어는 공중 발사 관측 로켓의 한 예이다. 프로젝트 HARP의 5", 7", 15" 포와 같이 포병 발사 관측 로켓의 예도 있었으며, 때로는 추가적인 마틀렛 로켓 단계를 가졌다.[11]

일반적으로 상온에서 보관하고 즉시 발사할 수 있는 고체 연료 로켓이 많이 사용된다.

4. 용도

관측 로켓은 기구나 인공위성으로 관측하기 어려운 고도에서 다양한 연구를 수행하는 데 사용된다. 50~1500km 고도를 비행하며, 기상 풍선과 인공위성 사이의 영역을 담당한다.[42] 블랙 밴트 로켓과 같이 최고고도가 1,000~1,500km에 달하는 경우도 있다.[43]

일반적으로 고체 연료 로켓과 페이로드로 구성되며,[43] 탄도 미사일과 유사하게 준궤도 비행을 하지만, 탄두에 폭탄 대신 과학 장비를 싣는다는 차이점이 있다.

관측 로켓은 기구에 비해 도달 고도가 높고, 인공위성보다 저렴하며, 비교적 짧은 시간 안에 준비할 수 있다는 장점이 있다.[2][8] 또한, 궤도 우주 비행에 사용될 장비를 시험하는 데에도 활용된다.[2] 크기가 작아 임시 발사 기지에서도 발사가 가능하며, 현장 연구를 원격지, 심지어 선박에서도 수행할 수 있다.[27]

4. 1. 과학 연구

고고도 대기의 관측은 기구에 라디오 존데를 달아서 날리고, 지상의 레이다로 기구를 추적하면서 그 흐르는 모양을 살펴보고, 고공(高空)의 바람을 측정함과 동시에 라디오 존데로 온도나 기압에 대한 정보를 보내 오는 방법으로 행해지고 있다. 그러나 기구 존데로 측정할 수 있는 것은 고도 30~40km가 한도이며, 기구는 곧바로 레이다로 추적할 수 없는 수평선 저쪽으로 이동하므로 관측 범위도 한정되어 있다.[41]

관측 로켓은 50에서 1500 킬로미터를 비행하며, 기상 풍선과 인공위성 사이의 고도에서 관측을 수행한다. 기상 풍선의 최고고도는 대략 40 킬로미터이며, 인공위성의 최저고도는 대략 120 킬로미터이다.[42]

수직 방향의 종심단면(縱深斷面) 관측은 관측 로켓에 의존한다. 특히 중요한 것은 고층 대기 연구인데, 기상 로켓은 라디오 존데를 머리 부분에 달고 고도 60~80km까지 상승, 거기서 낙하산을 펴고 존데를 작동시키면서 서서히 강하하면서 관측데이터를 보낸다. 지상 레이다는 이 데이터를 수신하여 낙하산이 흘러가는 방향에서 바람을 측정한다.[41]

기상 위성처럼 지구면을 내려다보는 꼴로 관측하는 경우도 있으며, 로켓을 쏘아올려 나트륨 증기를 고공에 뿌리고, 그 흐르는 모양을 지상에서 관측하는 방법, 그리고 채프라고 하는 얇은 테이프를 고공에 뿌리고 이것을 레이다로 추적하는 방법도 있다. 원거리 통신에서 중요한 역할을 하는 전리층의 관측을 위해 전리층의 특성을 수평 방향으로 탐색하는 외에 고도별로 이온의 단위 면적당의 수를 관측 로켓으로 자세히 관측하는 방법이 세계적으로 행해졌다.[41]

오로라를 보다 자세하게 관측하기 위해서는 로켓을 오로라 속으로 쏘아올려서 조사하기도 한다.[41]

관측 로켓은 저렴한 비용,[2] 비교적 짧은 제작 기간(때로는 6개월 미만)[8], 기구나 인공위성으로는 접근할 수 없는 지역에서 연구를 수행할 수 있다는 장점이 있어 일부 연구에 유용하다. 또한 더 비싸고 위험한 궤도 우주 비행 임무에 사용될 장비의 시험대로도 사용된다.[2] 관측 로켓은 크기가 작기 때문에 임시 발사 기지에서도 발사가 가능하며, 현장 연구를 원격지, 심지어 선박에서 발사하여 대양 한가운데에서도 수행할 수 있다.[27]

화이트 샌즈 미사일 레인지의 로켓 가든에 전시된 로키-다트(앞쪽)


최대 75km 고도의 날씨 관측은 '''로켓존데'''로 수행되는데, 이는 대기 관측을 위한 일종의 사운딩 로켓으로, 로켓과 라디오존데로 구성된다. 존데는 비행 중 온도, 습도, 풍속 및 방향, 윈드 시어, 대기압, 공기 밀도에 대한 데이터를 기록한다. 위치 데이터(고도 및 위도/경도) 또한 기록될 수 있다.

관측 로켓은 일반적으로 다음과 같은 용도로 사용된다.

  • 대기권과학 연구: 상층 대기 연구에 사용되며, 상층 대기에서 ''현장'' 측정을 위한 도구로 활용된다.
  • 자외선 천문학 및 X선 천문학: 지구 대기 대부분을 벗어나는 고도에서 관측할 필요가 있다.
  • 미세 중력 연구: 수백 킬로미터 고도로 발사되는 로켓에서 몇 분간의 무중력 상태를 활용한다.
  • 지구 자원 원격 탐사: 관측 대상 지역에 대한 즉각적인 개괄적 시야를 확보하기 위해 관측 로켓을 사용한다.[28]


관측 로켓을 연구에 사용하는 것의 우위성은 경비가 적고, 단기간에 준비할 수 있다는 점이다. 기구에 비해 도달 고도가 높고, 인공위성보다 저렴하다. 인공위성 탑재 기기의 시험에도 사용된다.

4. 2. 기상 관측

고고도 대기의 관측은 기구에 라디오 존데를 달아서 날리고, 지상의 레이다로 기구를 추적하면서 그 흐르는 모양을 살펴보고, 고공(高空)의 바람을 측정함과 동시에 라디오 존데로 온도나 기압에 대한 정보를 보내 오는 방법으로 행해지고 있다. 그러나 기구 존데로 측정할 수 있는 것은 고도 30~40km가 한도이며, 또 기구는 곧바로 레이다로 추적할 수 없는 수평선 저쪽으로 이동하므로 관측 범위도 한정되어 있다.[41]

관측 로켓은 50에서 1500 킬로미터를 비행하며, 고도는 기상 풍선(weather balloon)과 인공위성 사이의 고도이다. 기상 풍선의 최고고도는 대략 40 킬로미터이며, 인공위성의 최저고도는 대략 120 킬로미터이다.[42]

기상 로켓은 라디오 존데를 머리 부분에 달고 고도 60~80km까지 상승, 거기서 낙하산을 펴고 존데를 작동시키면서 서서히 강하하면서 관측데이터를 보낸다. 지상 레이다는 이 데이터를 수신하여 낙하산이 흘러가는 방향에서 바람을 측정한다.[41]

기상 위성처럼 지구면을 내려다보는 꼴로 관측하는 경우도 있으며, 이 밖에 로켓을 쏘아올려 나트륨 증기를 고공에 뿌리고, 그 흐르는 모양을 지상에서 관측하는 방법, 그리고 채프라고 하는 얇은 테이프를 고공에 뿌리고 이것을 레이다로 추적하는 방법도 있다.[41]

최대 75km 고도의 날씨 관측은 '''로켓존데'''로 수행되는데, 이는 대기 관측을 위한 일종의 사운딩 로켓으로, 로켓과 라디오존데로 구성된다. 존데는 비행 중 온도, 습도, 풍속 및 방향, 윈드 시어, 대기압, 그리고 공기 밀도에 대한 데이터를 기록한다. 위치 데이터(고도 및 위도/경도) 또한 기록될 수 있다.

일반적인 기상 로켓으로는 로키와 슈퍼 로키가 있으며, 보통 3.7m 높이에 직경 10cm의 고체 연료 로켓 모터로 추진된다. 로켓 모터는 1500m 고도에서 분리되고, 나머지 로켓존데는 원지점(가장 높은 지점)까지 활공한다. 이 원지점은 20km에서 113km 사이의 고도로 설정될 수 있다.

4. 3. 기타

고고도 대기의 관측은 기구에 라디오 존데를 달아 날리고, 지상의 레이다로 기구를 추적하면서 고공의 바람을 측정하고, 라디오 존데로 온도나 기압 정보를 얻는 방법으로 이루어진다. 그러나 기구 존데로는 고도 30~40km가 한계이며, 관측 범위도 제한적이다.[41]

관측 로켓은 50~1500km를 비행하며, 고도는 기상 풍선과 인공위성 사이이다. 기상 풍선의 최고 고도는 대략 40km, 인공위성의 최저 고도는 대략 120km이다.[42] 블랙 밴트 로켓과 같은 관측 로켓은 최고고도가 1,000~1,500km에 달한다. 관측 로켓은 종종 군사용 로켓 모터를 사용한다.[43]

일반적인 관측 로켓은 고체 연료 로켓과 페이로드로 구성된다.[43] 탄도 미사일과 준궤도 비행을 하는 점은 같지만, 탄두에 폭탄 대신 과학 장비를 싣는다는 점이 다르다. 탄도 미사일 개발은 국제적으로 규제되지만, 관측 로켓 개발은 그렇지 않다. 준궤도 비행을 하는 관측 로켓이 추력을 더 얻어 궤도 비행을 하면 우주발사체가 된다.

관측 로켓은 다음과 같은 용도로 사용된다.

  • Aeronomy(초고층 대기 물리학) 연구
  • 자외선과 엑스레이 측정
  • 마이크로중력 연구


수직 방향 관측은 관측 로켓에 의존할 수밖에 없다. 특히 고층 대기 연구에 중요하며, 기상 로켓은 라디오 존데를 머리 부분에 달고 고도 60~80km까지 상승, 낙하산을 펴고 존데를 작동시키면서 서서히 강하하며 관측 데이터를 보낸다. 지상 레이다는 이 데이터를 수신하여 바람을 측정한다.[41]

기상 위성처럼 지구면을 관측하거나, 로켓을 쏘아 올려 나트륨 증기를 고공에 뿌리고 그 흐름을 지상에서 관측하거나, 채프를 고공에 뿌려 레이다로 추적하기도 한다. 전리층 관측을 위해 전리층 특성을 수평 방향으로 탐색하고, 고도별 이온 수를 관측 로켓으로 자세히 관측하기도 한다.[41]

오로라를 자세히 관측하기 위해 로켓을 오로라 속으로 쏘아 올려 조사하기도 한다.[41]

관측 로켓은 저렴한 비용,[2] 짧은 제작 기간(6개월 미만),[8] 기구나 인공위성으로 접근할 수 없는 지역에서 연구를 수행할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 궤도 우주 비행 임무에 사용될 장비의 시험대로도 사용된다.[2] 크기가 작아 임시 발사 기지에서도 발사가 가능하며, 현장 연구를 원격지나 선박에서 발사하여 대양 한가운데에서도 수행할 수 있다.[27]

5. 한국의 운용 현황 및 관련 기관

한국은 현재 자체적인 관측 로켓 운용 현황은 제시되지 않았다. 하지만, 1964년 인도네시아 LAPAN(인도네시아 국립 항공 우주 연구소)에서 카르티카 I(Kartika I) 로켓을 제작 및 발사했을 때, 이는 아시아에서 일본, 중국, 파키스탄에 이어 네 번째로 이루어진 관측 로켓 발사였다는 점에서 과거의 경험을 확인할 수 있다.[37]

6. 국제 협력 및 규제

탄도 미사일 기술은 군사적으로 매우 중요하기 때문에 관측 로켓과 군사 미사일은 항상 밀접한 관계가 있었다. 이는 민간 및 군사적 목적으로 모두 사용될 수 있는 전형적인 이중 용도 기술이다.[29] 냉전 기간 동안, 서독은 핵무기 비확산 조약에 서명하지 않은 브라질, 아르헨티나, 인도와 같은 국가들과 이 문제에 대해 협력했다. 독일 평화 운동의 조사 과정에서 이러한 협력은 1983년 물리학자 그룹에 의해 밝혀졌다.[30] 이로 인해 시작된 국제적 논의는 G7 국가 수준에서 미사일 기술 통제 체제(MTCR)를 발전시키는 결과를 낳았다. 그 이후, MTCR 프레임워크 내에서 수출에 엄격한 통제가 적용되는 기술 장비 목록이 작성되었다.

7. 주요 관측 로켓

관측 로켓은 50 ~ 1500 km 고도까지 비행하며, 기상 풍선과 인공위성 사이의 고도를 관측한다. 기상 풍선의 최고 고도는 약 40 km, 인공위성의 최저 고도는 약 120 km이다.[42] 블랙 밴트 로켓과 같은 관측 로켓은 최고 고도가 1,000 ~ 1,500 km에 달한다.[43]

일반적으로 관측 로켓은 고체 연료 로켓과 페이로드로 구성된다.[43] 탄도 미사일과 준궤도 비행을 한다는 점은 동일하며, 탄두에 폭탄 대신 과학 장비를 탑재한다는 차이가 있다. 탄도 미사일 개발은 국제적으로 규제되지만, 관측 로켓 개발은 그렇지 않다. 준궤도 비행을 하는 관측 로켓이 추력을 더 얻어 궤도 비행을 하면 우주발사체가 된다.

다음은 주요 관측 로켓 및 관련 기관/프로그램 목록이다.

국가/기관로켓/프로그램비고
영국스카이락1955년 설계, 2005년 중단, 400회 이상 발사
영국팔스타프셰발린 프로그램의 일환, 1969~1979년 호주 우메라 시험장에서 8회 발사
미국/뉴질랜드로켓 랩Ātea 시리즈, 5–70 kg 탑재체를 250 km 이상 고도로 운반, 2009년 11월 30일 발사
오스트레일리아ASRI소형 관측 로켓 프로그램(SSRP), 교육용, 고도 약 7 km
이란이란 우주국2007년 2월 최초 관측 로켓 발사
미국UP AerospaceSpaceLoft XL, 고도 225 km
독일TEXUS, MiniTEXUS독일 항공우주 센터(DLR) 및 ESA 프로그램, 에스레인지 발사
스웨덴MASERESA 프로그램, 에스레인지 발사
독일/스웨덴MAXUSESA 프로그램, 에스레인지 발사
독일/스웨덴REXUS독일 항공우주 센터(DLR) 및 ESA 학생 실험 프로그램, 에스레인지 발사
노르웨이안도야 우주 센터1962년부터 관측 로켓 발사
미국포커 플랫 연구소알래스카 페어뱅크스 대학교 소유
레바논하이가지안 대학교 로켓 협회Cedar 8 프로그램
인도ISRO/VSSC로히니 관측 로켓 시리즈, 1967년 시작, 500 km 고도 도달[33][34]
네덜란드델프트 항공우주 로켓 공학스트라토스 관측 로켓 프로그램, 2015년 21.5 km 도달
미국Exela Space IndustriesAims-1 관측 로켓 개발 중 (2035년, 100 km 목표)
미국에볼루션 스페이스골드 체인 카우보이 관측 로켓, 2023년 4월 22일 124.5 km 도달[35]
인도인도 우주 과학 기술 연구소Vyom, 2012년 5월 15 km 도달, Vyom Mk-II 개발 중 (70 km 목표)[36]
오스트레일리아퀸즐랜드 대학교테리어-오리온 관측 로켓, 300 km 이상 고도 도달 가능
파키스탄우주 및 상부 대기 연구 위원회Rehbar 시리즈, 1962~1971년, 미국의 나이키-카준 기반
미국NASA 관측 로켓 프로그램
일본JAXAS-시리즈 (S-310 / S-520 / SS-520)
폴란드메테오, 1963~1974년 제작
인도네시아LAPAN카르티카 I, 1964년 제작 및 발사
소련/러시아M-100, MR-20, MR-30
브라질브라질 우주국손다, VSB-30 등, 1965년부터 발사
페루CONIDA파울렛 I, 2006년 제작 및 발사
미국ESRA대학 간 로켓 공학 경쟁(IREC) 운영[37]
프랑스ONERA티투스, 1966년 일식 관측, 최고 고도 270km[38]
독일DLR MORABA다양한 관측 로켓 설계, 제작, 운영
일본인터스텔라 테크놀로지스MOMO


참조

[1] 간행물 NASA Sounding Rocket Program Handbook http://sites.wff.nas[...] NASA 2005-06
[2] 웹사이트 NASA Sounding Rocket Program Overview http://rscience.gsfc[...] NASA 2006-07-24
[3] 웹사이트 High Altitude Sounding Rocket https://rscience.gsf[...] NASA 2024-09-29
[4] 웹사이트 Rope Trick effect https://nnss.gov/wp-[...] Wikipedia 2024-09-29
[5] 웹사이트 Rope Trick effect https://en.wikipedia[...] Navada National Security Site 2024-09-29
[6] 웹사이트 Sandia delivers first DOE sounding rocket program since 1990s https://newsreleases[...] Sandia National Labrtories 2024-09-29
[7] 문서 NASA Sounding Rocket Handbook
[8] 웹사이트 What is a Sounding Rocket? http://www.nasa.gov/[...] NASA 2004-04-12
[9] 웹사이트 Farside http://www.astronaut[...] Mark Wade
[10] 웹사이트 Farside https://space.skyroc[...] Gunter Krebs
[11] 문서 BRL Memorandum Report No. 1825
[12] 웹사이트 Essays on the History of Rocketry and Astronautics https://ntrs.nasa.go[...] NASA
[13] 서적 Essays on the History of Rocketry and Astronautics: Proceedings of the Third Symposia of the International Academy of Astronautics, Volume II https://ntrs.nasa.go[...] National Aeronautics and Space Administration Scientific and Technical Information Office 1969
[14] 학술회의 Frank. J Malina : Astronautical Pioneer Dedicated to International Cooperation and the Peaceful Uses of Outer Space
[15] 서적 Science With A Vengeance Springer-Verlag
[16] 서적 Sounding Rockets McGraw-Hill 1959
[17] 서적 The Rockets and Missiles of White Sands Proving Ground 1945–1958 Schiffer Military History 2009
[18] 서적 History of Liquid Propellant Rocket Engines American Institute of Aeronautics and Astronautics
[19] 서적 The Viking Rocket Story Harper & Brothers 1955
[20] 서적 Vanguard - a History https://ntrs.nasa.go[...] NASA
[21] 웹사이트 R-1 http://www.astronaut[...] Mark Wade
[22] 웹사이트 R-2A http://www.astronaut[...] Mark Wade
[23] 웹사이트 R-5V http://www.astronaut[...] Mark Wade
[24] 웹사이트 M-100 http://www.astronaut[...] Mark Wade
[25] 웹사이트 Veronique http://www.astronaut[...] Mark Wade
[26] 웹사이트 T-7 http://www.astronaut[...] Mark Wade
[27] 웹사이트 General Description of Sounding Rockets http://www.pha.jhu.e[...]
[28] 논문 Remote Sensing of Earth Resources Sounding Rocket Capabilities
[29] 문서 Science With A Vengeance Springer-Verlag
[30] 논문 Germany helps Brazil to nuclear supremacy https://www.duncanca[...] 1983-08-05
[31] 웹사이트 Skylark sounding rockets http://www.sat-net.c[...]
[32] 웹사이트 From Cedars to the Stars https://lebanon.zeni[...] Zenith Channels 2020-10-23
[33] 뉴스 ISRO's RH-200 sounding rocket records 200th consecutive successful flight https://www.thehindu[...] The Hindu 2022-11-23
[34] 웹사이트 Sounding Rockets https://www.isro.gov[...]
[35] 웹사이트 Evolution Space Launches Rocket on Suborbital Flight From Mojave Desert https://parabolicarc[...] 2023-04-25
[36] 웹사이트 IIST students' designed rocket launched https://www.deccanhe[...] 2024-01-09
[37] 웹사이트 ESRA http://www.soundingr[...] 2021-03-29
[38] 웹사이트 Titus https://web.archive.[...] 2020-05-17
[39] 웹사이트 What is a Sounding Rocket? http://www.nasa.gov/[...] NASA 2006-10-10
[40] 웹사이트 NASA Sounding Rocket Program Overview http://rscience.gsfc[...] NASA 2006-10-10
[41] 문서 관측 로켓에 의한 우주 연구 글로벌 세계 대백과
[42] 웹인용 NASA Sounding Rocket Program Overview http://rscience.gsfc[...] NASA 2006-10-10
[43] 웹인용 What is a Sounding Rocket? http://www.nasa.gov/[...] NASA 2006-10-10


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