SLI 계획
1. 개요
SLI 계획은 미국 항공우주국(NASA)이 2000년대 초에 추진한 우주 발사 계획(Space Launch Initiative)의 일환으로, 다양한 로켓 엔진 개발을 포함했다. 이 계획을 통해 COBRA, RS-83, RS-84, TR-106/TR-107 등의 로켓 엔진 개발이 이루어졌으며, 재사용 가능한 로켓 기술 확보를 목표로 했다. RS-84 엔진은 미국 최초의 재사용 가능한 다단 연소 사이클 액체 로켓 엔진으로 탄화수소 연료를 사용할 예정이었으나 2005년 개발이 취소되었다. TR-106 엔진 개발을 통해 얻은 기술적 교훈은 스페이스X의 멀린 엔진 개발에 기여하기도 했다. 2010년 시작된 공군 재사용 부스터 시스템 프로그램은 SLI 계획에 따른 엔진들의 추가 개발에 대한 관심을 다시 불러일으켰다.
| 명칭 | 우주 발사 계획 |
|---|---|
| 영어 명칭 | Space Launch Initiative (SLI) |
| 목표 | 차세대 우주 왕복선 개발 및 기존 우주 왕복선 대체 |
| 관련 기관 | NASA 미국 국방부 |
| 기간 | 2000년 - 2002년 |
|---|---|
| 주요 목표 | 안전성 향상 신뢰성 향상 비용 절감 |
| 프로그램 단계 | 1단계: 기술 개발 및 시연 2단계: 차세대 발사 시스템 개발 |
| 관련 프로그램 | Next Generation Launch Technology Program (NGLT) |
| 주요 기술 | 재사용 가능한 부스터 첨단 엔진 기술 경량 소재 자동화된 비행 제어 시스템 |
|---|
| 결과 | 컨스텔레이션 프로그램으로 통합 차세대 발사체 기술 개발에 기여 |
|---|---|
| 영향 | 우주 탐사 비용 절감 노력 우주 발사 시스템 기술 발전 |
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취소된 우주발사체 -
아레스 V
아레스 V는 NASA의 컨스텔레이션 계획에서 달과 화성 유인 탐사에 필요한 화물을 수송하기 위해 개발될 예정이었던 대형 발사체였으나, 계획 취소로 개발이 중단되었다. -
취소된 우주발사체 -
아레스 I
아레스 I은 NASA의 컨스텔레이션 계획에 따라 개발된 유인 발사체로, 오리온 우주선을 지구 저궤도에 올리는 것을 목표로 했으나, 예산 부족과 기술적 문제로 인해 개발이 중단되었다. -
NASA의 계획 -
EPOXI
EPOXI는 NASA의 확장 임무로, 딥 임팩트 탐사선을 활용하여 혜성 탐사(DIXI)와 외계 행성 관측(EPOCh)을 수행했으며, 2010년 하틀리 2 혜성 근접 비행을 통해 혜성 핵을 관측하고 외계 행성들의 분광학적 관측을 진행했다. -
NASA의 계획 -
아폴로 계획
아폴로 계획은 미국의 유인 우주 탐사 계획으로, 1969년 아폴로 11호의 닐 암스트롱과 버즈 올드린이 인류 최초로 달에 착륙하는 데 성공하며 냉전 시대 미국 기술력의 상징이 되었다.
2. COBRA 로켓 엔진
COBRA 로켓 엔진은 재사용 가능한 발사체 적용을 위한 공동 최적화 부스터 엔진으로, 프랫앤휘트니-에어로젯 추진 어소시에이츠가 제안한 추진 시스템이다. 장수명, 중추력에서 고추력의 재사용 가능한 부스터 엔진으로 제안되었다.
2.1. COBRA 엔진의 특징
COBRA 로켓 엔진은 "재사용 가능한 애플리케이션을 위해 공동 최적화된 부스터"(COBRA영어)이다. 프랫앤휘트니-에어로젯 추진 어소시에이츠가 광범위한 추력을 커버하기 위해 제안한 추진 시스템이다. 이 LH2/LOX 재사용형 로켓 엔진은 2003년에 4,500 kN의 추력을 발생하도록 설계되었다. 연료가 풍부한 2단 연소 사이클을 사용하여 안전하고 저비용, 저위험의 LH2/LOX 단일 버너를 통합했다. 장수명, 중추력에서 고추력의 재사용 가능한 부스터 엔진으로 제안되었다.
3. RS-83 로켓 엔진
RS-83은 델타 IV 로켓에 사용된 RS-68 엔진을 기반으로 설계되었으며, 이보다 더 효율적이고 가벼우며, 약간 더 강력하고 재사용이 가능하도록 설계되었다. 100번의 임무를 수행할 수 있도록 설계되었으며, 2단계 궤도 재사용 발사체의 첫 번째 단계에 사용될 예정이었다.
3.1. RS-83 엔진의 개발 배경
RS-83은 다른 어떤 것보다 크고 강력한 재사용 가능한 LH2/LOX 로켓 엔진 설계였다. RS-83은 우주 발사 계획 프로그램의 일부로 발사체를 추진하기 위해 캘리포니아주 카노가 파크에 있는 로켓다인 추진력 및 동력에서 개발되었다. 이 엔진은 해수면에서 664000lbf의 추력을, 진공 상태에서 750000lbf의 추력을, 각각 395초 및 446초(3.87 및 4.37 kN·s/kg)의 Isp로 생산하도록 설계되었다.
RS-83은 델타 IV 소모성 발사체를 추진하는 RS-68을 기반으로 설계되었다. RS-83 설계는 더 효율적이고, 가볍고, 약간 더 강력하며 재사용이 가능했다. RS-83은 100번의 임무를 수행하도록 설계되었으며, 2단계 궤도 재사용 발사체의 첫 번째 단계에 사용될 예정이었다.
3.2. RS-83 엔진의 성능
RS-83 엔진은 해수면에서 664000lbf의 추력을, 진공 상태에서 750000lbf의 추력을 내도록 설계되었다. 비추력(Isp)은 각각 395초(해수면) 및 446초(진공)였다.
4. RS-84 로켓 엔진
로켓다인에서 개발한 RS-84 로켓 엔진은 미국 최초로 재사용 가능한 다단 연소 사이클 방식의 탄화수소 연료 액체 로켓 엔진이었다. 소련은 1980년대에 에네르기아 로켓을 위해 RD-170 재사용 가능한 다단 연소 탄화수소 엔진을 개발한 바 있다.
프로토타입 엔진은 해수면에서 4732kN, 진공 상태에서 5026kN의 추력을, 해수면에서 305, 진공 상태에서 324의 비추력을 가질 예정이었다. 2005년, NASA는 추가 개발을 취소했다.
4.1. RS-84 엔진의 개발 배경
우주 발사 계획(Space Launch Initiative)의 일환으로, 로켓다인(Rocketdyne)은 RS-84 로켓 엔진에 대한 계획을 개발했다. 이 엔진은 미국에서 생산된 최초의 재사용 가능한 다단 연소 사이클 액체 로켓 엔진으로 탄화수소 연료를 사용할 예정이었다. 이와 대조적으로, 소련은 1980년대에 에네르기아 로켓을 위해 RD-170 재사용 가능한 다단 연소 탄화수소 엔진을 개발했다.
이 프로토타입 엔진은 해수면에서 4732kN, 진공 상태에서 5026kN의 추력을 가질 예정이었으며, 8시간 교대 근무 시간과 해수면에서 305, 진공 상태에서 324의 비추력을 가질 예정이었다.
NASA는 2005년에 추가 개발을 취소했다.
4.2. RS-84 엔진의 성능
이 프로토타입 엔진은 해수면에서 4732kN의 추력을, 진공 상태에서는 5026kN의 추력을 가질 예정이었다. 8시간의 교대 근무 시간을 가졌으며, 해수면에서 305초, 진공 상태에서 324초의 비추력을 가질 예정이었다.
4.3. RS-84 엔진 개발 중단
우주 발사 계획(Space Launch Initiative)의 일환으로, 로켓다인(Rocketdyne)은 RS-84 로켓 엔진 계획을 수립했다. 이는 탄화수소 연료를 사용하기 위해 미국에서 제조된 최초의 재사용 가능한 다단 연소 사이클 액체 로켓 엔진이었다. 이와 대조적으로, 소련은 1980년대에 에네르기아 로켓용 RD-170 재사용 가능한 다단 연소 탄화수소 엔진을 개발했다.
프로토타입 엔진은 해수면에서 4732kN, 진공 상태에서는 5026kN의 추력을 낼 수 있었다. 8시간의 교대 근무 시간과 해수면에서 305, 진공에서 324의 비추력을 가지고 있었다.
NASA는 2005년에 개발을 취소했다.
5. TR-106 / TR-107 로켓 엔진
TR-106은 TRW에서 개발한 저가형 핀틀 엔진(LCPE)으로, 다양한 추력 수준과 추진제 비율에서 안정적인 성능을 보였다. 2000년 이후 TRW는 노스롭 그러먼(Northrop Grumman)에 인수되었으며, NASA와의 계약에 따라 TR-107 RP-1/액체 산소 로켓 엔진 개발이 2001년에 시작되었다.
스페이스X(SpaceX)는 저가형 핀틀 엔진 프로젝트의 기술적 교훈을 바탕으로 엔진 개발에 도움을 받았다.
5.1. TR-106 엔진의 개발
TR-106 또는 저가형 핀틀 엔진(LCPE)은 우주 발사 계획에 따라 TRW에서 설계한 개발용 액체 수소/액체 산소 로켓 엔진이었다. 계획된 해수면 추력은 650000lbf였다. 2000년 내내 존 C. 스테니스 우주 센터(NASA John C. Stennis Space Center)에서 시험을 거쳤다. 스테니스 시험대 결과 엔진이 다양한 추력 수준과 추진제 비율에서 안정적임을 입증했다. 이 엔진의 개발은 우주 발사 계획이 취소되면서 일시적으로 중단되었다.
5.2. TR-107 엔진의 개발
2000년 이후 TRW는 노스롭 그러먼에 인수되었으며, NASA와의 계약에 따라 차세대 발사 및 우주 수송 차량에 잠재적으로 사용하기 위한 TR-107 RP-1/액체 산소 로켓 엔진의 개발이 2001년부터 계속되고 있다.
5.3. 핀틀 엔진 기술과 스페이스X
TR-106 저가형 핀틀 엔진(LCPE) 프로젝트의 수석 엔지니어였던 톰 뮬러는 이후 스페이스X의 멀린 엔진 설계에 핵심적인 역할을 수행했다.