에네르기아

1. 개요

에네르기아는 1970년대 소련이 미국의 우주 왕복선 프로그램에 대응하고 N1 로켓을 대체하기 위해 개발한 대형 로켓이다. 부란 우주왕복선을 발사하기 위해 설계되었으며, 두 번의 발사 후 소련 붕괴로 인해 프로그램이 종료되었다. 에네르기아는 RD-170 로켓 엔진 제품군과 제니트 로켓에 영향을 미쳤으며, 현재는 에네르기아의 구성 요소를 활용한 초대형 발사체 개발 계획이 논의되고 있다. 에네르기아-M, 에네르기아-2 (우라간), Vulkan-헤라클레스와 같은 다양한 파생형이 연구되었다.

2. 개발 역사

1970년대 초, 소련은 미국의 우주왕복선 계획에 대응하고, 실패한 N1 로켓 계획을 대체하기 위해 새로운 대형 로켓 개발에 착수했다. 1976년, N1 로켓 계획이 공식적으로 취소되고 에네르기아/부란 계획이 시작되었다. N1을 위해 건설된 시설과 인프라는 에네르기아 개발에 재사용되었는데, 이는 NASA가 우주 왕복선 프로그램에서 새턴 V를 위해 설계된 인프라를 재사용한 것과 유사하다.

에네르기아는 프로톤 로켓을 기반으로 한 "Vulkan" 개념을 대체했으며, "Vulkan" 명칭은 나중에 8개의 부스터를 가진 에네르기아의 변형에 부여되었다. 에네르기아는 부란 우주왕복선을 발사하기 위해 설계되었으며, 부란은 스택 측면에 탑재되었다. 부란 프로그램 종료 후, 에네르기아 프로그램은 두 번의 발사 후에 중단되었다. 에네르기아/부란 프로젝트의 유산은 RD-170 로켓 엔진 제품군과, 1단계가 에네르기아 1단계 부스터 중 하나와 거의 동일한 제니트 발사체에 나타난다.

2.1. 한국의 관점

대한민국은 에네르기아 로켓의 RD-170 엔진 기술을 기반으로 한 RD-191 엔진(추력이 감소된 RD-151)을 사용하여 나로호를 개발하였다. 이는 한국의 우주 개발에 중요한 이정표가 되었다.

3. 발사 기록

에네르기아의 발사 기록은 다음과 같다.

에네르기아와 부란 계획은 미국에 대한 전략적 지위를 유지하기 위해 실시되었다.

3.1. 첫 번째 발사 (에네르기아-폴류스)

에네르기아는 1987년 5월 15일 폴류스 우주선을 탑재체로 처음 시험 발사되었다. FGB ("기능 화물 블록") 엔진 부분은 원래 취소된 미르 모듈로 제작되었으며, 의도된 궤도는 280km 고도와 64.6° 경사였다.

소련은 원래 발사가 새로운 에네르기아 부스터의 성공적인 아궤도 시험으로 더미 탑재체를 실었다고 발표했지만, 얼마 후 실제로는 폴류스를 궤도에 진입시키려는 비행이었다는 사실이 밝혀졌다. 에네르기아 발사체의 두 단계는 설계대로 작동했지만, 자세 제어 시스템의 소프트웨어 오류로 인해 폴류스의 궤도 진입 엔진이 탑재체를 궤도에 진입시키지 못했다. 대신 폴류스는 태평양 상공에서 대기권으로 재진입했다.

1987년 5월 15일 21시 30분에 폴류스를 탑재하여 발사되었다. 발사 2초 후에 크게 흔들렸지만, 에네르기아 로켓 자체는 문제없이 발사되었다. 그러나, 공식 견해에 따르면 2단(엔진이 장착된 군사 위성 폴류스)의 엔진 불량으로 인해 해당 부분의 궤도 진입에 실패했다.

3.2. 두 번째 발사 (에네르기아-부란)

두 번째 비행이자 탑재체가 궤도에 성공적으로 도달한 첫 번째 비행은 1988년 11월 15일에 발사되었다. 이 임무에서는 무인 소련 우주왕복선 부란을 발사했다. 원지점에서 부란 우주선은 66.7m/s의 연소를 수행하여 최종 궤도 251km × 263km에 도달했다.

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📌 열 고정 해제

에네르기아 비행

비행 번호 (COSPAR ID)	날짜 (UTC)	발사 기지	일련 번호	탑재체	탑재체 분리 시 궤도	비고
2 ([https://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/spacecraft/display.action?id=1988-100A 1988-100A])	1988년 11월 15일 03:00:01	바이코누르 우주 기지 110/37번 발사대	1L	부란	−11.2 × 154.2km × 51.64° 연소 후: 251km x 263km	부란의 첫 번째이자 마지막 비행. 우주선은 지구를 두 번 공전한 후 탈출하여 UTC 06:24에 바이코누르에 착륙했다.

에네르기아와 부란 계획은 미국에 대한 전략적 지위를 유지하기 위해 실시되었다.

4. 중단 및 잠재적 부활

1991년 소련 붕괴와 함께 부란 프로그램이 종료되면서 에네르기아 로켓 생산도 중단되었다. 이후 에네르기아 생산 재개에 대한 논의가 있었으나, 정치적, 경제적 현실을 고려할 때 실현 가능성은 낮았다.

에네르기아는 더 이상 생산되지 않지만, 제니트 부스터는 2017년까지 사용되었다. 케로신과 액체 산소를 연소하는 4개의 스트랩온 액체 로켓 부스터는 동일한 엔진을 사용하는 제니트 로켓의 기반이 되었다. 이 엔진은 4개의 연소실을 가진 RD-170이다. 이 엔진의 파생형인 RD-171은 제니트 로켓에 사용되었다. 엔진의 절반 크기 파생형인 2개의 연소실을 가진 RD-180은 록히드 마틴의 아틀라스 V 로켓에 동력을 제공하며, 단일 연소실 파생형인 RD-191은 한국의 나로호 발사에 사용되었고(추력이 감소된 RD-151로), 러시아의 앙가라 로켓에도 사용되었다. RD-191을 기반으로 한 RD-181은 안타레스 로켓에 사용된다.

2016년, 로스코스모스는 기존 에네르기아 구성 요소를 활용한 초대형 발사체 개발 계획을 발표했다. 이를 통해 러시아는 4개의 40톤 앙가라 A5V를 발사하는 대신 80~160톤의 초대형 로켓 1~2기를 발사하여 신속한 시퀀스 발사 및 여러 궤도상 랑데부 없이 간단한 물류로 영구적인 달 기지 건설을 위한 임무를 수행할 수 있게 된다.

RD-171MV 엔진(에네르기아에 사용된 엔진의 업데이트 버전)의 시험이 2021년 9월에 완료되었으며, 잠재적으로 후속 소유즈-5 로켓에 사용될 수 있다.

5. 파생형

에네르기아 로켓은 원형 설계 이후 세 가지 주요 파생형이 구상되었으며, 각각 다른 탑재량을 갖도록 설계되었다. 소련의 붕괴와 재정난으로 인해 이 계획들은 중단되었지만, 에네르기아는 다양한 개량형이 계획 또는 시제 제작되었다.

에네르기아는 메인 로켓과 4기의 보조 부스터 로켓 조합을 기본으로 하지만, 보조 부스터 수를 8기로 늘린 발칸 로켓, 엔진을 1기로 줄이고 소형화한 메인 로켓과 보조 부스터 2기를 조합한 에네르기아-M 등 다양한 개량형이 있었다. 이를 통해 발사 능력을 35톤에서 200톤까지 조절할 수 있는 시스템으로 발전할 예정이었다.

원형 사양 이후 계획된 주요 파생 기종은 다음과 같다:

* 에네르기아-M: 프로톤 로켓을 대체하기 위해 설계되었으나, 1993년 앙가라 로켓과의 경쟁에서 패했다.
* 에네르기아-2 (우라간): 로켓의 모든 요소를 회수하고 재사용할 수 있도록 설계되었다.
* Vulkan-헤라클레스: 최대 200ton의 화물을 궤도에 투입할 수 있을 것으로 예상되었다.

5.1. 에네르기아-M

에네르기아-M은 1990년대 초반에 설계된 에네르기아의 소형화 버전으로, 세 가지 버전 중 가장 작았다. 부스터 수를 4개에서 2개로 줄이고, 1단 길이를 짧게 축소했으며, RD-0120 엔진 1개만 장착했다. 프로톤 로켓을 대체하기 위해 설계되었으나, 1993년 앙가라 로켓과의 경쟁에서 패했다.

에네르기아 M의 비기능 프로토타입("구조 시험 차량")은 바이코누르 우주 기지의 동적 시험대 시설에 남아있다.

5.2. 에네르기아-2 (우라간)

에네르기아-2는 1980년대에 연구된 에네르기아의 진화된 형태였다. 미국의 우주왕복선처럼 부분 재사용을 계획했던 에네르기아-부란과 달리, GK-175는 차량의 모든 요소를 회수하고 재사용할 수 있도록 설계되었다. 제안된 에네르기아-2 코어는 재진입하여 활공 착륙이 가능하도록 설계되었다.

에네르기아 II, 통칭 우라간(Ураган^러시아어, '허리케인')은 계획된 에네르기아의 완전 재사용형으로, 위성 궤도 투입 후 지구로 귀환하여 일반 활주로에 착륙할 예정이었다. 미국의 우주왕복선처럼 부분 재사용형으로 설계된 에네르기아와는 달리, 우라간의 설계는 미국의 우주왕복선 오비터 부스터의 원래 계획 개념처럼 부란-에네르기아의 모든 구성 요소를 완전 재사용하는 것을 목표로 했다. 에네르기아 II 코어로서 아마도 부란을 위해 개발된 기술을 사용하여 활공 착륙하는 능력이 검토되었다.

5.3. Vulkan-헤라클레스

8개의 제니트 부스터 로켓과 에네르기아-M 코어를 상단으로 사용하는 불칸(Vulkan, 수년 전에 취소된 다른 소련의 대형 로켓과 이름이 같음)은 처음에 50.7° 경사에서 최대 200ton의 화물을 200km 궤도로 발사할 것으로 예상되었다. 불칸 개발과 발사를 위한 250번 발사장의 범용 시험대와 발사대 개조는 1990년부터 1993년 사이에 진행되었으나, 자금 부족과 소련 붕괴로 인해 곧 중단되었다.

최대 175톤을 궤도로 투입할 수 있는 "발칸"(초기에 중단된 유사한 대형 화물 발사 로켓과 동일한 이름) 또는 "헤라클레스"(N-1 로켓의 식별 명칭과 동일) 사양은 결국 발사되지 않은 최대 기종이다.