[스크랩] 나로호와 다른 로켓 선진국과의 기술력 비교

1. 미국 - 괴물같은 고체로켓 (SLS 계획)

NASA의 발사체엔 항상 괴물같은 고체로켓이 좌우에 탑재되어 저궤도 운반능력이 대부분 100톤을 넘는다.

아폴로 계획으로 유명한 새턴 5호는 초대형 F-1 엔진(추력 690톤) 5개를 묶은 케이스지만

이후 수소로켓이 개발되면서 미 정부의 우주발사체엔 항상 최신의 고체로켓이 탑재되었다.

우주왕복선의 수송능력이 유독 낮은 이유는 매미처럼 매달린 오비터의 무게(100톤 급)를 간과했기 때문.

개발 취소된 아레스5 도 역대 최고인 190톤, 현재 개발중인 SLS 로켓도 130톤을 목표로 하는데

달 기지도 우주정거장처럼 모듈을 가져다 조립할 것을 감안하면 아무리 생각해도 오버 스펙이고 돈 낭비다.

미국의 최신로켓 DM-2 추력은 무려 1,633톤에 달하는데

이러한 고체연료 대륙간탄도미사일을 계속 개발하기 위한 군사적 목적이 반영된 것으로 보인다.

반면 보잉의 델타4, 록히드 마틴의 아틀라스5, 스페이스X의 팔콘9은 발사비용을 낮출 목적으로 개발되어

고체로켓 부스터가 소형이거나 아예 없다. 따라서 추력을 최대치로 올릴 때는 메인로켓을 덧붙이는 방식을 취한다.

위 사진처럼 델타4 헤비는 RS-68 엔진(추력 300톤) 3개를, 아틀라스5 헤비는 RD-180 엔진(추력 390톤) 3개를,

팔콘 헤비는 팔콘9 (추력 60톤*9) 3개를 각각 나란히 붙인다.

이렇게 함으로써 상업용으로는 차고 넘치는 저궤도 20~50톤, 정지궤도 10~15톤의 운송능력을 달성함.

2. 러시아 - 세계최고 효율의 액체로켓 (앙가라 로켓)

구소련 붕괴 후 우크라이나에 집중된 로켓 시리즈와 카자흐스탄에 남겨 둔 발사장 때문에 고심하던 러시아가

발사체 전과정을 자체적으로 해결하기 위해 만든 것이 바로 앙가라 로켓이다.

미국 스페이스X 사가 60톤급 멀린엔진을 기본으로 저렴하고 다양한 발사체를 내놓았듯이

러시아는 RD-191 엔진(추력 200톤)으로 기본형 모듈(URM)을 만들어 다양하게 조립하려 한다.

앙가라 5개로도 충분한 수송능력(저궤도 24.5톤, 정지궤도 6.6톤)을 갖지만 추후 7개까지 늘릴 예정이며

앞으로 소형 로켓들은 앙가라 기본형, 중형의 제니트는 앙가라3, 대형인 프로톤은 앙가라5 로 대체될 것이다.

이 기념비적인 로켓의 첫 공식 발사가 한국의 나로호를 통해 성공적으로 이뤄짐.

참고로 구소련의 에네르기아 우주왕복선은 사진의 RD-170 엔진(추력 740톤)을 4개 묶어서

미국 우주왕복선에 버금가는 저궤도 100톤의 수송능력을 자랑했다. (앙가라 엔진 16개 묶음에 해당)

미국이 수소엔진과 고체로켓 분야에서 최고라면, 러시아는 케로신(항공 등유) 엔진에서 최고이고

기술적으로는 미국과 스펙 대결도 가능하지만 아쉽게도 지금 러시아에겐 그럴만한 돈이 없다.

3. 프랑스 - 수소로켓을 빼서 비용절감 (아리안 시리즈)

아리안5 ECA는 추력 135톤의 메인엔진(Vulcain-2)에 추력 660톤 보조고체로켓(P241)을 좌우로 달아

저궤도에 20톤, 정지궤도에 10톤까지 실어나를 수 있다. 하지만 수소로켓답게 발사비용이 비싸다는 단점이 있음.

수소 연료는 케로신 대비 40% 높은 비추력을 갖지만, 매우 낮은 온도를 필요로 해서 비용이 2배 이상 들고

밀도는 10배나 낮아 메인로켓 덩치가 필요 이상으로 커지는 등의 단점이 있다.

지금은 적도의 쿠르 발사장 덕분에 연간 20건에 불과한 대리발사 시장에서 절반의 점유율을 차지하지만

각국이 적도에 발사장을 갖추게 되면 얘기가 달라지고, 무엇보다 발사 횟수가 크게 늘어날 미래를 대비해야만 한다.

아리안 6호와 관련해 그림처럼 수소로켓을 1단에서 빼고 고체로켓을 활용하는 방안도 거론되고 있음.

4. 일본 - 고체로켓을 빼서 비용절감 (H 시리즈)

H-2A 로켓은 추력 100톤의 메인엔진(LE-7A)에 추력 230톤급 고체로켓 부스터(SRB-A)를 탑재했고

H-2B 로켓은 메인엔진 2개를 클러스터링하고 보조로켓도 2배 늘려 저궤도 19톤, 정지궤도 8톤의 수송능력을 갖췄다.

일본도 항상 발사비용을 줄이기 위해 고심해 왔는데 현재는 수소로켓을 모듈화하는 H-3 로켓을 개발 중.

델타4 헤비처럼 메인의 수소로켓(150톤급 LE-X 엔진) 3개를 이어붙이고 고체로켓을 빼겠다는 계획인데

이렇게 함으로써 비용을 2~30% 낮추고 안전성도 높인다고 한다.

과거 일본은 구미를 따라잡겠다는 일념과 경제력에 대한 자신감을 바탕으로 일부러 수소엔진을 개발하는 힘든 길을 택했지만,

항공우주연구원 김승조 원장의 견해에 따르면 그것은 별로 좋은 선택이 아니었다.

수소연료는 미래에너지로 따로 개발할 가치가 충분하지만 현재 기술로 1단로켓에 쓰기엔 부적합하다.

5. 중국 - 엄청난 물량공세와 발전속도 (창정 시리즈)

지금까지 중국은 구소련 기술을 개량한 맹독성의 히드라진 엔진을 사용해 왔지만

최근 러시아의 도움으로 추력 137톤의 케로신 엔진(YF-120t)과 50톤 추력의 수소엔진(YF-77) 개발에 성공함.

2014년 발사 예정인 창정 5호는 1단에 수소엔진과 케로신 엔진 4개를 묶는 등의 방식으로

저궤도에 25톤, 정지궤도에 14톤까지 실어나를 것이라고 한다.

아직 위성이나 발사체 분야에서 선진국에 비해 정밀함은 떨어진다는 평가지만

엄청난 물량공세와 발전속도를 볼 때 미국과 러시아를 따라잡을 날도 멀지만은 않은 듯.

6. 한국 - 발사체에서도 한강의 기적 (KSLV 시리즈)

우선 러시아와의 프로젝트에 대한 오해부터 풀자.

http://www.gesomoon.com/Ver2/board/view.php?tableName=comm_discuss&bIdx=379941

일본은 미국으로부터 유례없는 기술이전을 받고도 순수 국산 수소로켓을 만들기까지 무려 25년이 걸렸고

미국 벤처기업 스페이스X 사는 NASA로부터 기술과 인력을 물려받고도 팔콘 시리즈 제작까지 9년이 걸렸다.

우리가 실제 나로호 프로젝트에 들어간 때가 2006년 말이니 만약 2018년 한국형 발사체가 완성되면

한국은 12년 걸리는 셈이다. 러시아와의 프로젝트는 정말 신의 한 수였다.

엔진개발은 고압과 냉각, 경량화 간의 미세조정이 필요한 초고난도 기술이고

수많은 테스트와 시험발사, 단계적인 추력 향상 등 어려운 개발과정을 피할 수 없다.

그러나 한국은 30톤 엔진을 만들다 갑자기 75톤으로 점프하고 국내에 연소 시험장이 없어 2015년까지 기다리는 등

순서를 무시한 엄청난 개발속도를 보여주고 있으며 추후 85톤, 95톤, 110톤 엔진 개발계획도 줄줄이 잡혀 있다.

엔진을 몇 개로 클러스터링 하느냐는 예산 문제로 고민이 필요하지만

기술적으로는 우주왕복선급 추력도 시야에 들어온 것으로 보임. (계획대로 95톤 엔진을 27개로 묶을 경우)

현재 이 계획표를 두고 항우연과 과기부가 입장 차이를 보이고 있다. (위 링크 참고)

2013년 KSLV-1  러시아엔진 1개      유료하중 0.1톤 (저궤도용)

2018년 KSLV-2  추력 75t엔진 * 4개  유료하중 1.5톤 (저궤도용)

2023년 KSLV-3  추력 85t엔진 * 9개  유료하중  6톤 (정지궤도용)

2028년 KSLV-4  추력 95t엔진 * 27개 유료하중  64톤 (우주정거장용)

7. 인도 - 부족한 액체엔진 기술 (GSLV 시리즈)

인도의 액체엔진 수준은 높지 않다. 미국의 강력한 항의로 러시아로부터 기술이전을 받는데 실패했기 때문.

GSLV-Mk 3는 1단에 맹독성의 추력 80톤급 히드라진 엔진(Vicas)을 사용하고

인도기술의 개가라 불리는 수소엔진(CE-20) 추력도 아직은 20톤에 불과하다.

하지만 추력 250톤급 보조고체로켓(S-200) 덕분에 저궤도 10톤, 정지궤도 4~5톤의 수송능력을 달성함.

구소련 기술을 바탕으로 한 인도의 고체로켓 기술력이 부러워지는 부분이지만

만약 우리가 한미미사일협정을 무시하고 대륙간탄도미사일 개발에 나선다면, 당장 미국이 부품수출을 중단해

그나마 있던 현무 시리즈마저 못만들게 될 것이다.. 다행히 한국형 발사체는 고체로켓을 필요로 하지 않음.

8. 이란 - 북한 기술의 수입 (시모르그)

2009년 이란을 9번째 스페이스 클럽으로 이끈 샤피르 2호에는 노동엔진이 실렸던 것으로 추정되고

2010년 공개한 차기 시모르그 로켓 엔진(사진 우측)도 2006년 발사된 대포동 2호의 엔진과 제원이 같았다.

이란의 전반적인 위성발사체 기술은 북한보다 높지만 로켓만큼은 전적으로 북한에게 의존해 왔는데

이는 곧 북한의 한계가 이란의 한계임을 의미한다.

9. 북한 - 추력 30톤이 한계 (은하)

북한의 액체엔진인 노동은 소련제 스커드미사일을 개량한 것인데, 추력 27톤 주엔진에 3톤의 조타 엔진이 달린 형태로

연료, 산화제, 터보펌프 등이 죄다 구식이라 시스템을 갈아엎지 않는 한 더이상 발전을 기대하기 어렵다.

2006년 대포동 2호의 비약적 성능개선은 오랜 연구 끝에 노동엔진 4개를 클러스터링한 결과였지만 (시모르그 엔진 참고)

이후부턴 소소한 개량만 이뤄지고 있을 뿐임. 로동엔진의 단일추력은 30톤이 한계다.

10. 이스라엘 - 고체로켓 (샤비트)

샤비트의 수송능력은 KSLV-2 급이지만 고체로켓이다. 뛰어난 위성기술과 장거리 로켓 기술력을 보유했지만

원하는 무기에 적합하지 않아서인지 액체엔진에는 별 관심 없는 듯.

국가 규모를 감안하면 자체 위성발사로도 충분히 대단하긴 하다.

11. 브라질 - 고체로켓 (VLS)

브라질은 고체로켓 VLS-1 으로 스페이스클럽 가입을 노렸지만

2003년 의문의 로켓 폭발사고로 알칸타라 발사장과 귀중한 전문인력을 잃어버렸다.

우리와 비슷한 시기에 우주개발을 시작해 미국의 방해를 뚫고 여러 국가와 협력하며 고군분투하는 브라질을 보면

새삼 한국의 위엄을 실감하게 된다. 2015년 재도전에 나설 예정.

<요약>

1. 미국 NASA, 유럽, 일본이 주로 사용하는 수소 연료는 최신의 기술이지만 비용대비 효율이 떨어진다.

2. 러시아, 한국, 스페이스X 등이 사용하는 항공 등유는 전통의 방법이지만 여전히 가장 효율적이다.

3. 한국은 로켓기술에 관한 한 프랑스, 일본과 달리 방향을 제대로 잡은 듯 하다.

 

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출처 : 한류열풍 사랑

글쓴이 : 고려민국 원글보기

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