원자력/우주항공

120톤급 액체산소 및 케로신 엔진, 차세대 창정로켓에 설치

발행일 : 2012 / 07 / 24

120톤급 액체산소 및 케로신 엔진의 연구개발은 중국 우주동력 발전에서의 획기적인 성과라고 후야펑(胡亚枫) 국방과학기술공업국 부국장이 중국의 차세대 로켓 엔진에 대해 평가했다.

2012년 5월 말 이 엔진은 국방과학기술공업국의 검수를 통과했다. 중국항천과기집단공사 산하기관 제6연구원이 담당한 이 프로젝트는 2000년 9월 입안되었다. 제6연구원은 연소시험을 3만 초 실시하고, 70개의 핵심기술에서 획기적인 성과를 거둠으로써 중국은 러시아에 이어 세계 두 번째로 액체산소 및 케로신 고압 재연소 순환 액체로켓엔진 핵심기술을 가지고 있는 국가로 부상했다.

이 엔진은 차세대 로켓 동력시스템으로서 창정(长征) 5호, 6호, 7호 로켓에 설치되어 유인우주선, 달탐사 등 국가중대전문프로젝트 임무수행을 위해 동력보장을 제공한다.

이 엔진은 재연소 순환 펌프압력식 단일 추력실 액체로켓엔진이며, 추진제는 액체산소와 케로신이다. 단일방향 웨이버 기본 모델에서 양방향 웨이버 엔진과 고정 엔진으로 전환할 수 있다. 엔진은 총 3가지 상태의 단일기계로 세 가지 상태의 엔진을 통합 사용하는 모델을 통해 차세대 로켓에 활용될 수 있다.

긴 시간을 걸쳐 중국의 창정 시리즈 로켓은 일부 소형 액체수소와 액체산소 엔진을 적용했으며, 주요 추진기는 사산화 이질소와 비대칭디메틸히드라진(UDMH)을 추진제로 활용했다. 이 종류의 엔진은 기술 성숙도가 높지만 추진력에서 더욱 큰 발전을 가져오기 어려운 제약을 받아 로켓 성능의 향상을 제한하는 한편, 두 가지 추진제를 조합 사용할 경우에는 일정한 정도의 독성과 부식성이 있다.

이에 비해 액세산소 및 케로신 엔진의 추진제 조합은 친환경적이며, 재연소 순환시스템 방안은 연소 효과가 높은 우위성이 있다. 엔진 자체는 또한 혼합 비율 제어의 용이성, 작동 조절 가능성, 완전한 보조 기능, 높은 안전성 등의 장점이 있다. 한편 선행 하중 터빈 펌프의 사용으로 추진제 저장 탱크 중량도 감소되었다. 성능과 기능 요구를 충족시켜주고자 터빈 펌프를 비롯한 주요컴포넌트 디자인 지표 요구를 대폭 높여 설계와 연구개발 난이도가 높아졌다.

120톤급 액체산소 및 케로신 엔진 프로젝트는 12년간의 연구를 거쳐 중국 고압 재연소 순환 엔진기술이 전혀 없었던 상황을 타파하고 액체추진기술의 비약적인 발전을 가져왔다.

연구팀은 창정 5호, 6호, 7호 로켓의 비행 사용요구 및 시리즈화와 모듈화 설계 요구에 따라 기본 엔진을 조합하고 다양한 비행 상태의 엔진을 연구개발했다.

연구팀은 대량의 시뮬레이션 시험기술 연구를 통해 일부 공정 시뮬레이션 소프트웨어를 독자적으로 개발했으며, 핵심 컴포넌트 동력학 시뮬레이션 시험방법 및 시뮬레이션 규칙을 확보하였다. 한편 프로젝트 연구개발에서의 설계, 생산, 시험, 시운전 평가에 필요한 여건을 마련하고, 전반 연구개발체계를 지속적으로 구축했다.

중국은 프로젝트 연구를 통해 액체산소 및 케로신 고압 재연소 순환 엔진 연구개발 법칙을 파악했고, 일부 고성능 신소재 응용기술을 장악한 한편, 설계, 공법, 시험, 인력풀을 구축했다. 이 프로젝트는 국방과학기술성과 및 관련 특허 20개를 획득했다.