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RD-107

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목차

1. 개요

RD-107은 1954년부터 1957년까지 발렌틴 글루시코의 지휘 하에 설계된 액체 로켓 엔진이다. 액체 산소와 케로신을 가스 발생기 사이클로 작동하며, 터빈은 촉매 분해로 생성된 증기에 의해 구동된다. 이 엔진은 R-7 세묘르카 로켓의 부스터에 사용되었으며, 혼합비 제어 시스템을 통해 추진제 소비를 최적화했다. RD-107은 여러 개량형이 개발되었으며, RD-108 엔진과 함께 NPO 에네르고마시에서 생산된다.

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RD-107
기본 정보
RD-107
상트페테르부르크의 우주 및 미사일 기술 박물관에 전시된 RD-107 엔진.
국가소련/러시아
목적부스터/1단
관련 로켓R-7 계열
이전 모델RD-105
상태생산 중
기술 정보
종류액체 로켓
산화제액체 산소 (LOX)
연료RP-1 (케로신)
혼합비2.47
사이클가스 발생기 사이클
연소실4
노즐 팽창비18.86
성능
추력 (진공)RD-107: RD-107A:
추력 (해면)RD-107: RD-107A:
연소실 압력RD-107: RD-107A:
비추력 (진공)RD-107: 313초 RD-107A: 320.2초
비추력 (해면)RD-107: 256초 RD-107A: 263.3초
크기 및 무게
건조 중량RD-107: RD-107A:
기타
설계OKB-456
제조사JSC 쿠즈네초프
사용R-7 계열 로켓의 1단 부스터

2. 설계

RD-107은 1954년부터 1957년까지 발렌틴 글루시코의 지휘 하에 실험 설계국(OKB-456)에서 설계되었다. 이 엔진은 액체 산소와 케로신을 추진제로 사용하며, 가스 발생기 사이클 방식으로 작동한다. 각 엔진에는 4개의 고정된 주 연소실과 자세 제어를 위한 2개의 버니어 연소실이 있어 추력 벡터링이 가능하다. RD-108은 블록-A 단계에서 완전한 벡터 제어를 위해 4개의 버니어를 가지고 있다.

V-2 로켓 기술과 마찬가지로, 터빈은 촉매 분해로 생성된 증기로 구동된다. 증기 발생기는 고체 ''F-30-P-G'' 촉매를 사용하며, 과망간산 칼륨과 나트륨 수용액으로 덮인 가변 크기 펠릿을 기반으로 한다.

RD-107 엔진은 소유스-2 로켓의 각 부스터에 사용되며, 블록-A 단계(중앙 1단계)에는 RD-108이 사용된다. RD-107과 RD-108 엔진은 NPO 에네르고마시의 감독 하에 러시아 사마라의 공장에서 제조된다.

2. 1. 터보펌프

NPO 에네르고마쉬 RD-107 로켓 엔진의 터보펌프 개략도


RD-107은 액체 산소와 케로신을 가스 발생기 사이클로 작동하는 추진제로 사용한다. V-2 로켓 기술에서 전형적으로 나타나듯이, 터빈은 촉매 분해로 생성된 증기로 구동된다. 증기 발생기는 고체 ''F-30-P-G'' 촉매를 사용하며, 과망간산 칼륨과 나트륨의 수용액으로 덮인 가변 크기 펠릿을 기반으로 한다. 단일 축 터보펌프 장치에는 증기 구동 터빈, 산화제 펌프, 연료 펌프, 탱크 가압용 질소 가스 발생기가 포함된다.

2. 2. 혼합비 제어 시스템

RD-107 엔진의 주요 혁신 중 하나는 연료와 산화제 간의 혼합비(Mixture ratio)를 가변적으로 사용할 수 있다는 점이다. 각 엔진의 제조 과정에서 발생하는 자연스러운 편차 때문에, 능동적인 추진제 소비 제어가 없으면 각 부스터는 서로 다른 속도로 산소와 연료를 소비하게 된다. 이는 연소 막바지에 수십 톤의 사용되지 않은 추진제를 남길 수 있으며, 구조에 큰 부담을 주고 질량 불균형으로 인해 조종에 어려움을 초래할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 4개의 R-7 부스터에서 추진제 질량을 동시에 소비할 수 있도록 혼합비 제어 시스템이 개발되었다.[3]

3. 생산

RD-107 및 RD-108 엔진은 NPO 에너지마쉬의 감독하에 러시아 사마라주 프리볼시스키 구(볼가 지점)에 있는 JSC 쿠즈네초프 공장에서 생산된다. 프리볼시스키 지점은 1958년 OKB-456의 지점으로 조직되었으며, RD-107 및 RD-108 엔진을 제조한다. 이 지점은 1960년까지 Y.D. 솔로브예프, 1975년까지 R.I. 젤레네프, 1978년까지 A.F. 우달로프가 이끌었으며, 현재는 A.A. 가닌이 이끌고 있다.[4]

4. 개량형

RD-107과 RD-108은 설계 변경을 통해 여러 버전이 생산되었다. 주요 개량형으로는 14D21 (RD-108A) 및 14D22 (RD-107A) 엔진이 있으며, 1986년에 개발이 시작되어 1993년에 예비 설계가 완료되었다. 이 엔진들은 비추력 향상을 위해 새로운 인젝터 헤드 설계를 적용했다. 2001년 5월 프로그레스 M1-6 보급선 발사에 사용된 소유즈 FG 로켓에 처음으로 장착되었으며, 2002년 10월부터는 유인 소유즈 우주선 발사에도 사용되고 있다.

4. 1. RD-107 계열

RD-107 엔진은 여러 차례 설계를 변경하여 다양한 버전이 생산되었다.

RD-107 엔진 계열
엔진GRAU 지수개발엔진 사이클노즐연소실 압력해수면 추력진공 추력해수면 비추력진공 비추력높이직경용도상태점화참고 자료
RD-1078D741954–1959액체 추진제 로켓 엔진으로 RG-1/LOX를 가스 발생기 사이클에서 연소하며, 터빈은 H2O2의 촉매 분해로 생성된 증기에 의해 구동된다4개의 주 연소실과 자세 제어를 위한 2개의 버니어 추력기 연소실rowspan="4" |rowspan="6" |R-7, 스푸트니크, 루나, 보스토크 로켓의 ICBM 버전퇴역화약별도 언급이 없는 한:
RD-107K8D74K몰니야, 보스토크-2, 보스토크-2M, 보스호드 로켓퇴역
RD-107MM8D728 / 8D74M1965–1976몰니야-M과 소유스, 1966년 R-7 차량에 보편적으로 채택퇴역
RD-11711D5111969–1975소유스-U 및 소유스-U2 로켓퇴역
RD-107A14D221993–2001colspan="2" |colspan="2" |colspan="2" |colspan="2" |colspan="2" |rowspan="2" |소유스-FG, 소유스-ST-A 및 소유스-ST-B 로켓퇴역
RD-107A14D22KhZ2001–2004colspan="2" |colspan="2" |colspan="2" |colspan="2" |colspan="2" |소유스-2.1a 및 소유스-2.1b 로켓생산 중초고추력


  • RD-107 (GRAU 지수: 8D74): 오리지널 버전이다. R-7, 스푸트니크, 루나, 보스토크 로켓의 ICBM 버전에 사용되었다.
  • RD-107K (GRAU 지수: 8D74K): RD-107의 개량형이다. 몰니야, 보스토크-2, 보스토크-2M, 보스호드 로켓에 사용되었다.
  • RD-107MM (GRAU 지수: 8D728 또는 8D74M): RD-107K보다 5% 추력이 증가했다. 몰니야-M과 소유스에 사용되었으며, 1966년 R-7 차량에 보편적으로 채택되었다.
  • RD-117 (GRAU 지수: 11D511): 구조적 변화가 개선되었다. 소유스-U 및 소유스-U2 로켓에 사용되었다.
  • RD-107А (GRAU 지수: 14D22): 새로운 인젝터 설계를 갖춘 RD-117의 개량형이다. 260개의 2성분 원심 인젝터를 1,000개 이상의 1성분 인젝터로 대체하여 연소실 내부의 고주파 진동을 줄이고 비추력을 약 5% 증가시켰다. 소유스-FG, 소유스-ST-A 및 소유스-ST-B 로켓에 사용되었다.
  • RD-107А (GRAU 지수: 14D22KhZ): RD-107A의 화학 점화 버전이다. 소유스-2.1a 및 소유스-2.1b 로켓에 사용되었다.

4. 2. RD-108 계열

RD-108 엔진은 RD-107 엔진을 기반으로 개발되었으며, 여러 가지 개량형이 존재한다.

  • '''RD-108''' (GRAU 지수: '''8D75'''): 초기 모델이다. R-7, 스푸트니크, 보스토크, 보스호드 로켓에 사용되었다.
  • '''RD-108K''' (GRAU 지수: '''8D75K'''): 몰니야 로켓을 위해 개량된 버전이다.
  • '''RD-108MM''' (GRAU 지수: '''8D727''' 또는 '''8D75M'''): RD-108K보다 추력이 5% 향상되었다. 몰니야-M과 소유스 로켓에 사용되었다.
  • '''RD-118''' (GRAU 지수: '''11D512'''): 구조 개선 버전. 소유스-U 로켓에 사용되었다.
  • '''RD-118PF''' (GRAU 지수: '''11D512PF'''): 신틴 연료를 사용하도록 최적화된 RD-118 변형이다. 소유스-U2 로켓에 사용되었다.
  • '''RD-108A''' (GRAU 지수: '''14D21'''): 새로운 인젝터 설계를 적용하여 비추력을 약 5% 향상시킨 RD-118의 개량형이다. 소유스-FG, 소유스-ST-A, 소유스-ST-B 로켓에 사용되었다.
  • '''RD-108A''' (GRAU 지수: '''14D21KhZ'''): RD-108A의 화학 점화 방식 변형이다. 소유스-2.1a 및 소유스-2.1b 로켓에 사용되었다.


RD-108 엔진 계열
엔진RD-108RD-108KRD-108MMRD-118RD-118PFRD-108ARD-108A
GRAU 색인8D758D75K8D727 / 8D75M11D51211D512PF14D2114D21KhZ
개발1954–19591965–19761969–19751979–19811993–20012001–2004
엔진 사이클액체 추진제 로켓 엔진으로 RG-1/LOX를 가스 발생기 사이클에서 연소하며, 터빈은 H2O2의 촉매 분해로 생성된 증기에 의해 구동됨
추진제RG-1/LOX신틴/LOXRG-1/LOX
노즐자세 제어를 위한 4개의 주 연소실과 4개의 버니어 연소실
연소실 압력5.1MPa5.1MPa5.32MPa5.85MPa5.39MPa5.44MPa
해수면 추력745.33kN745.33kN676.68kN818.88kN792.41kN
진공 추력941.47kN941.47kN833.6kN1000.31kN921.86kN
해수면 비추력248isp248.2isp253isp257isp263.5isp257.7isp
진공 비추력315isp314.2isp316isp314isp320.6isp
높이2865mm
직경1950mm
용도R-7
스푸트니크
보스토크
보스호드		몰니야몰니야-M
소유스		소유스-U소유스-U2소유스-FG
소유스-ST-A
소유스-ST-B		소유스-2.1a
소유스-2.1b
상태퇴역퇴역퇴역퇴역퇴역퇴역생산 중
점화 방식화약초고성능
참고 문헌별도 언급이 없는 한:



1986년에는 14D21 (RD-108A) 및 14D22 (RD-107A) 엔진 개발이 시작되었고, 1993년에 예비 설계가 완료되었다. 이 엔진들은 비추력 향상을 위해 새로운 인젝터 헤드 설계를 적용했다. 2001년 5월 프로그레스 M1-6 보급선 발사에 사용된 소유즈 FG 로켓에 처음으로 장착되었으며, 2002년 10월부터는 유인 소유즈 우주선 발사에도 사용되고 있다.

4. 3. 14D21/14D22 엔진 (RD-108A/RD-107A)

RD-107A(GRAU 지수: 14D22)와 RD-108A(GRAU 지수: 14D21) 엔진은 1986년에 개발이 시작되었으며, 1993년에 예비 설계가 완료되었다. 이 엔진들은 비추력을 높이기 위해 새로운 인젝터 헤드 설계를 적용했다. RD-117/118 엔진의 개량형으로, 260개의 2성분 원심 인젝터를 1,000개 이상의 1성분 인젝터로 대체하여 연소실 내부의 고주파 진동을 줄이고 비추력을 약 5isp 또는 5% 증가시켰다.

RD-107A 엔진은 소유스-FG, 소유스-ST-A, 소유스-ST-B 로켓에 사용되었고, RD-107A의 화학 점화 버전(14D22KhZ)은 소유스-2.1a 및 소유스-2.1b 로켓에 사용되었다.

RD-108A 엔진은 소유스-FG, 소유스-ST-A, 소유스-ST-B 로켓에 사용되었고, RD-108A의 화학 점화 버전(14D21KhZ)은 소유스-2.1a 및 소유스-2.1b 로켓에 사용되었다.

이 엔진이 장착된 발사체를 사용하여 프로그레스 화물 우주선의 첫 발사는 2001년 5월에 이루어졌고, 이 엔진을 활용한 첫 유인 우주 비행 발사는 2002년 10월에 이루어졌다.

RD-107 엔진 계열
엔진GRAU 지수개발엔진 사이클노즐연소실 압력해수면에서 추력진공에서 추력비추력, 해수면에서비추력, 진공에서높이직경용도상태점화
RD-1078D741954–1959액체 추진제 로켓 엔진으로 RG-1/LOX를 가스 발생기 사이클에서 연소하며, 터빈은 H2O2의 촉매 분해로 생성된 증기에 의해 구동된다4개의 주 연소실과 자세 제어를 위한 2개의 버니어 추력기 연소실colspan="1" rowspan="4" |colspan="1" rowspan="6" |R-7
스푸트니크
보스토크
보스호드		퇴역화약
RD-107K8D74K몰니야퇴역
RD-107MM8D728 / 8D74M1965–1976몰니야-M
소유스		퇴역
RD-11711D5111969–1975}소유스-U
소유스-U2		퇴역
RD-107A14D221993–2001colspan="2" |colspan="2" |colspan="2" |소유스-FG
소유스STA
소유스STB		퇴역
RD-107A14D22KhZ2001–2004colspan="2" |colspan="2" |colspan="2" |소유스2.1a
소유스2.1b		생산 중초고추력
별도 언급이 없는 한:



RD-108 엔진 계열
엔진GRAU 색인개발엔진 사이클추진제노즐연소실 압력해수면 추력진공 추력해수면 비추력진공 비추력높이직경용도상태점화 방식
RD-1088D751954–1959액체 추진제 로켓 엔진으로 RG-1/LOX를 가스 발생기 사이클에서 연소하며, 터빈은 H2O2의 촉매 분해로 생성된 증기에 의해 구동됨RG-1/LOX자세 제어를 위한 4개의 주 연소실과 4개의 버니어 연소실colspan="1" rowspan="7" |colspan="1" rowspan="7" |R-7
스푸트니크
보스토크
보스호드		퇴역화약
RD-108K8D75K몰니야퇴역
RD-108MM8D727 / 8D75M1965–1976몰니야-M
소유스		퇴역
RD-11811D5121969–1975소유스-U퇴역
RD-118PF11D512PF1979–1981신틴/LOX}}소유스-U2퇴역
RD-108A14D211993–2001RG-1/LOXcolspan="2" |colspan="2" |소유스-FG
소유스STA
소유스STB		퇴역
RD-108A14D21KhZ2001–2004RG-1/LOXcolspan="2" |colspan="2" |소유스2.1a
소유스2.1b		생산 중초고성능
별도 언급이 없는 한:


5. 제원 (RD-107A/14D22 기준)

RD-107A(14D22) 엔진의 제원은 다음과 같다.[5]


  • 추력: 839.1kN (발사 시)
  • 추력: 1020.4kN (진공 중)
  • 비추력: (2.58 kN·s/kg) (발사 시)
  • 비추력: (3.14 kN·s/kg) (진공 중)
  • 연소 압력: 6MPa
  • 추진제: 액체 산소/케로신(등유)
  • 중량:

참조

[1] 웹사이트 RD-107-8D74 http://www.astronaut[...] Encyclopedia Astronautica 2015-07-14
[2] 서적 LEO on the Cheap http://www.dunnspace[...] Air University Press 1994-10
[3] 서적 Rockets and People Vol. 2 — Creating a Rocket Industry http://www.nasa.gov/[...] NASA 2015-07-15
[4] 웹사이트 History http://www.npoenergo[...] NPO Energomash
[5] 문서 Russian/Ukrainian space-rocket and missile liquid-propellant engines http://www.b14643.de[...]
[6] 웹인용 RD-107-8D74 http://www.astronaut[...] Encyclopedia Astronautica 2015-07-14
[7] 웹인용 ЖРД РД-107 и РД-108 и их модификации http://www.lpre.de/e[...] 2015-07-14
[8] 웹인용 NPO Energomash list of engines http://www.npoenergo[...] NPO Energomash 2015-06-20
[9] 웹인용 RD-107/108 http://www.npoenergo[...] NPO Energomash 2015-07-14
[10] 서적 LEO on the Cheap http://www.dunnspace[...] Air University Press 1994-10


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