원자력/우주항공

위성연료의 고효율적 이용기술 개발해 위성수명 연장에 일조

발행일 : 2020 / 02 / 13

중국항천과기그룹 제5연구원 502연구소가 자체적으로 개발한 위성연료 고효율적 이용기술이 궤도상 둥팡훙(東方紅) 5호 위성플랫폼에 활용되어 양호한 효과를 내고 있다. 위성수명에 영향을 미치는 주요소인 연료의 고효율적이고도 철저한 이용은 위성의 작동시간을 연장시킬 수 있다.

해당 위성연료 고효율적 이용기술은 차세대 판형 표면장력 저장탱크, 높은 정밀도의 우주 초음파 유량계, 높은 정밀도의 균형적 연료방출기술 등을 포함한다. 둥팡훙 5호 플랫폼 첫 위성에 활용된 상기 기술 중 차세대 판형 저장탱크는 연료에 대한 “완전관리”를 달성함으로써 연료 분출 효율을 99.85%로 향상시켜 현재 세계 최고 수준인 99.5%를 초과했다. 또한 세계 최초로 위성연료 유동량에 대한 궤도상 직접적 측정을 달성함과 아울러 연료 균형적 방출제어 정밀도를 0.5% 이상으로 끌어올렸다. 상기 기술은 위성연료의 고효율적 이용을 달성하는데 있어 핵심기술일 뿐만 아니라 범용기술로서 중국 우주선 성능 향상에 중요한 의미를 지닌다.

미세중력 환경의 우주에서 위성 저장탱크 내 연료 및 연료압출용 가압기체는 혼합 부유상태에 처하게 된다. 저장탱크 내 강부식 연료에 대한 정밀 위치결정, 효과적 분리, 정밀 측정 등은 매우 어렵다. 중국은 대용량 저장탱크 완전관리 기술을 미처 파악하지 못한 상황에서 저장탱크를 상단과 하단으로 분할하여 설계하였는데 미세중력 환경에서 저장탱크 하단 연료밖에 관리할 수 없고 따라서 제어불능 연료는 시종 저장탱크 상단에 부유상태로 존재하기에 이용이 불가능하다. 뿐만 아니라 연료 잔여량도 직접적이 아닌 간접적인 방법으로 측정할 수밖에 없어 위성수명 평가에도 비교적 큰 오차를 가져다준다.

연구팀은 십여 년의 노력 끝에 판형 표면장력 저장탱크를 혁신적으로 설계해 부유상태 기-액 효과적 분리 및 수송을 구현하였고 또한 연료 제어능력을 “반관리”에서 “완전관리”로 끌어올림으로써 한 방울 연료까지 고효율적으로 이용하기 위한 목표에 한 발짝 다가섰다.

연료사용 상황을 실시간으로 파악하기 위해 연구팀은 강부식성 및 유동량 측정이 어려운 문제를 감안한 위성용 유량계를 개발하였다. 동 유량계는 초음파의 탱크벽 투과를 이용해 연료 사용량을 비접촉적으로 측정한다. 다시 말해 초음파 발사/반사 시간차로 연료의 유동속도를 측정하는데 그 시간차 정밀도는 빛이 0.3m 거리를 통과하는데 소요되는 시간에 해당하는 10억분의 1초에 달한다. 이를 기반으로 개발된 균형적 방출 기술은 2개 저장탱크 연료방출량에 대한 실시간 정밀제어가 가능하며 그 정밀도는 0.5% 이상이다. 이는 세계 최고의 수준으로서 위성안전 더 한층 보장, 위성수명 연장에 일조할 수 있다.

41 Views