러시아의 새로운 우주발사체

(1)

에 서 보 실 수 있 습 니 다 . 기술동향

러시아의 새로운 우주발사체 앙가라 개발“ ”

글/공 현 철[email protected],오 범 석 박 정 주, , 조 광 래

한국항공우주연구원우주발사체사업단 기술경영그룹

서 론 1.

최근세계발사체개발동향은초기에독자적으로발 사체를개발하여배타적으로 운영해오던것과는달리, 발사체 기술 보유국들끼리 서로의 장점을 공유함으로 써 세계 서비스 시장에서의 경쟁력을 극대화하기 위하 여노력하고있는추세이다.

러시아의경우구소련붕괴후우주개발투자예산이 급격히 축소되어 근래에까지 새로운 발사체를 개발하 지못했었다 최근에는프로톤. (Proton),소유즈(Soyuz), 제니트(Zenit),싸이클론(Cyclone)등의발사체를이용 하여서방세계의민간위성을발사하는데역점을두고 있다 프로톤은 미국의. ILS ,사 소유즈는 프랑스의 사 제니트는 미국의 사에 의해 활 Starsem , Sea Launch

용되고있다 러시아는과거에대륙간탄도미사일로 사. 용되었다가 위성 발사체로 전환된 로콧(Rockot) 및 을 보유하고 있다 러시아는 국제 우주 정거장 Start-1 .

건설에서도 기존의 소유즈와 프로톤 등의 대형발사체를 이용하여 주도적인 역할을수행하며참여하고있다.[1]

년 구소련의 붕괴는 가장 큰 발사체를 위한 발 1991

사장과 주요발사체생산자들을러시아외에위치시키 는 결과를 초래하였다 발사율이 급격히 줄어든 것은. 발사체와 우주선이 상당히 줄어든 수준에서 운영되도 록 생산되어도 무방함을 의미하였다 최근에는 러시아. 영토내에서 발사운용하고 러시아 부품 공급업자들만, 을활용한새로운앙가라발사체가개발되고있다.[2]

본 논문에서는 이러한 앙가라 프로젝트를 진행하게 된 배경으로 러시아 우주개발을 수행하는 주요 기관,

및앙가라발사체시스템에대하여고찰하고자한다.

러시아 우주개발 기관 및 발사체 2.

러시아의 우주개발 사업은 사회적 경제적 개혁과 함, 께 국가의 최우선 사업이라 할 수 있으며 우주 개발의, 모든사업은정부의정치적 경제적 법률적 협력에 기반, , 을두고있다.

본 장에서는 러시아의 우주개발 사업을 주도하는 주 요기관 그림( 1)및 러시아의 새로운 우주발사체 앙가라 에대하여살펴보자.

러시아 우주개발의 주요 기관 2.1

러시아의 우주개발은 러시아 연방 우주청(FSA)의 일괄적 지휘 및 통제하에 진행된다고볼 수 있는데 산, 하에 주요연구기관을 보면흐루니체프 센터 에네르기, 아 켈디쉬 쯔니히마쉬 니히마쉬 등의 연구개발 기관, , , 들이 있다.

러시아의 우주개발사업의 성공은 무엇보다도 강력한 액체 로켓엔진을 장착한 우주발사체 덕분이다 이 영역. 에서 특히위대한 공적을 남긴사람이현에네르고마쉬 연구소 설립자인 Glushko이다 이러한 로켓 발사체와. 액체 로켓엔진은 열역학 유체 역학 열전달과 내구성, , 이론 내열 내강 물질의 야금학 연료 화학 측정 기술, , , , 진공 및 플라즈마 기술의발달을동반하였다 발사체 기. 술의 핵심부분인 추진기관 개발의 최근 동향을 보 면 구 소련 붕괴 후의 상업용 통신위성의 수요가 급증하면서 관련 발사체에 적합한 추진기관의 개발에 관심이 고조 되고 있다 러시아는 열악한 경제사정을 극복하기 위하. 여첨단추진기관의기술과제품을미국에판매하고있 기도하다.[3]

(2)

Design Bureau 1 - 까랄료프(모스크바근교북동쪽) (Director : Korolev) 1956년에NII-88에서분리[1p34,2]

Design Bureau 52 -레우또프 (모스크바근교동쪽) (Director : Tselomeya) 1955년에설립[1p82] Energia(Director : Glushiko) 1974년에설계국(Head Design Bureau),생산공장,에네르고마쉬 가통합되어설립됨[1p47,2]

TsSKB

( Director : Kozlov) 1974년에TsKBEM 에서독립[1p60,2]

Design Bureau 1 Samara 분소 (모스크바에서동남쪽으로1000km) 1959년에설립[1p60] TsKBEM- 까랄료프(모스크바 북동쪽) (Director : Korolev) 1966년에개명[1p44] TsSKB-Progress ( Director : Kozlov) 1996년에생산공장인 Progress 와통합[1p60]

Design Bureau 23 -모스크바필리 1951년Factory 23 (현재의Khrunichev 기계공장) 내에설립[3] 1960년Design Bureau 52의분소가됨[3] TsKBM (Director : Tselomeya) 1965년개명[1p82]TsKBM의분소가됨 1966년[3] Design Bureau 23 TsKBM으로부터 독립Energya로들어감 1981년[3] Design Bureau "Salyut" (Director: Poluhin) 1984년

NPO 기계공장 (Director : Tselomeya) 1983년개명[1p82] NPO 기계공장 (Director : Erfemov) 1984년취임[1p82]Design Bureau "Salyut" (Director: Poluhin) 1988년Energya로부터 독립[3]

Energia(Director : Glushiko) Design Bureau 23 (후에 "Salyut"로개명)이추가됨 1981년[3] Energia(Director : Semyonov) "Salyut",에네르고마쉬가분리됨 1980년말~ 1990년 초[1p24,2,3] Energia(Director : Semyonov) Head Design Bureau만남고생산공장, 볼가분소, 쁘리모르분소는개별회사로등록됨[2] 1994년 Design Bureau "Salyut" Khrunichev기계공장과통합됨. 1993년[3] 현재현재

현재

TsSKB-Progress에네르기야(Energia)흐루니체프& 설계국살류트NPO 기계공장 1961에개발이완료된R-7의 양산및개량업무를 넘김[1p60] R-7를배이스로 소유즈시리즈의 개량생산을 담당하였음, 현재 발사되고있는 소유즈발사체는 모두이곳에서 생산조립 함.[1p60]

R-7를사마라로넘기고 까랄료프는달프로젝트인 N1발사체개발을 시작함[1p44] 까랄료프사후 달프로젝트는계속되는 실패와미국의성공으로 결국74년도에 중단됨[1p47] 달프로젝트이후 우주왕복선프로젝트와 우주정거장프로젝트를 중점적으로수행함. 우주왕복선프로젝트는 1988년2차무인 비행시험을끝으로 종료됨[1p53] 우주왕복선프로젝트를끝으로발사체개발, 생산, 조립업무는실질적으로하고있지 않음.[소견] 현재는국제우주정거장및유인우주선

( 소유즈 - TM), 화물우주선(프로그래스) 사업이주 업무임[4]

설계국23 에서는 폭격기개발에 주력함[3]군사용비행기 - 로켓

개발이 주요임무였음[1p82] Design Bureau 52에서 시작한기술을바탕으로 대륙간탄도미사일개발을 시작함(UR-200, UR- 100K)[3] 대륙간탄도미사일UR-500 개발

( 후에

프로톤으로 불리워졌으며생산은 흐루니체프공장이맡게됨), 이후곧바로프로톤-K로 개량함[3] 대륙간탄도미사일RS- 18에기초한경량급발사체 Strella개발[1p82] 앙가라프로젝트시작, 프로톤을프로톤-M으로개량, 프로톤을상업화에성공하여 계속적으로생산조립하고있음[3]

우주정거장

" 살류트

1", "살류트2", "미르"를 구성하는모듈설계/제작 [참고문헌] 1. S. Umansky, "Launch Vehicles and Launch Sites", RESART, Moscow 2003 2. 에네르기야홈페이지www.energia.ru/energia/ history/structure.html 3. O. Shinkovich, Journal "News in cosmonautics" (러시아에서발행되는우주사업관련전문잡지), No. 19 1996 year. 4. 07.07.2004 일자러연방우주청뉴스 <항공우주청장의에네르기야방문>

TsSKB

Design Bureau 23 -모스크바필리 1951년Factory 23 (현재의Khrunichev 기계공장) 내에설립[3] 1960년Design Bureau 52의분소가됨[3]

TsSKB

Design Bureau 23 -모스크바필리 1951년Factory 23 (현재의Khrunichev 기계공장) 내에설립[3] 1960년Design Bureau 52의분소가됨[3] TsKBM (Director : Tselomeya) 1965년개명[1p82]TsKBM의분소가됨 1966년[3] Design Bureau 23 TsKBM으로부터 독립Energya로들어감 1981년[3] Design Bureau "Salyut" (Director: Poluhin) 1984년

Energia(Director : Glushiko) Design Bureau 23 (후에 "Salyut"로개명)이추가됨 1981년[3] Energia(Director : Semyonov) "Salyut",에네르고마쉬가분리됨 1980년말~ 1990년 초[1p24,2,3] Energia(Director : Semyonov) Head Design Bureau만남고생산공장, 볼가분소, 쁘리모르분소는개별 TsKBM (Director : Tselomeya) 1965년개명[1p82]TsKBM의분소가됨 1966년[3] Design Bureau 23 TsKBM으로부터 독립Energya로들어감 1981년[3] Design Bureau "Salyut" (Director: Poluhin) 1984년

Energia(Director : Glushiko) Design Bureau 23 (후에 "Salyut"로개명)이추가됨 1981년[3] Energia(Director : Semyonov) "Salyut",에네르고마쉬가분리됨 1980년말~ 1990년 초[1p24,2,3] Energia(Director : Semyonov) Head Design Bureau만남고생산공장, 볼가분소, 쁘리모르분소는개별회사로등록됨[2] 1994년 Design Bureau "Salyut" Khrunichev기계공장과통합됨. 1993년[3] 현재현재

현재

R-7를사마라로넘기고 까랄료프는달프로젝트인 N1발사체개발을 시작함[1p44] 까랄료프사후 달프로젝트는계속되는 실패와미국의성공으로 결국74년도에 중단됨[1p47] 달프로젝트이후 우주왕복선프로젝트와 우주정거장프로젝트를 중점적으로수행함. 우주왕복선프로젝트는 1988년2차무인 비행시험을끝으로 종료됨[1 회사로등록됨[2] 1994년

Design Bureau "Salyut" Khrunichev기계공장과통합됨. 1993년[3] 현재현재

현재

R-7를사마라로넘기고 까랄료프는달프로젝트인 N1발사체개발을 시작함[1p44] 까랄료프사후 달프로젝트는계속되는 실패와미국의성공으로 결국74년도에 중단됨[1p47] 달프로젝트이후 우주왕복선프로젝트와 우주정거장프로젝트를 중점적으로수행함. 우주왕복선프로젝트는 1988년2차무인 비행시험을끝으로 종료됨[1p53] 우주왕복선프로젝트를끝으로발사체개발, 생산, 조립업무는실질적으로하고있지 않음.[소견] 현재는국제우주정거장및유인우주선

( 후에

우주정거장

" 살류트

1", "살류트2", "미르"를 구성하는모듈설계/제작 [참고문헌] 1. S. Umansky, "Launch Vehicles and Launch Sites",

p53] 우주왕복선프로젝트를끝으로발사체개발, 생산, 조립업무는실질적으로하고있지 않음.[소견] 현재는국제우주정거장및유인우주선

( 후에

우주정거장

" 살류트

1", "살류트2", "미르"를 구성하는모듈설계/제작 [참고문헌] 1. S. Umansky, "Launch Vehicles and Launch Sites", RESART, Moscow 2003 2. 에네르기야홈페이지www.energia.ru/energia/ history/structure.html 3. O. Shinkovich, Journal "News in cosmonautics" (러시아에서발행되는우주사업관련전문잡지), No. 19 1996 year. 4. 07.07.2004 일자러연방우주청뉴스 <항공우주청장의에네르기야방문>

(3)

한편 이 시기에 국가 방위산업체였던 흐루니체프 센터에서는 대륙간 탄도미사일의 개발이 한창 진행 되고 있었는데 이 때 개발된 것이 대륙간 탄 도 로 켓, 등이다 탄도 미사일 개 UR-200, UR-500, UR-700 .

발부문에있어흐루니체프센터는러시아국방의중 추적 역할을 하였다 냉전체제의 심화에 따라 더 강. 력한 대륙간 탄도 미사일 개발을 요구하게 되어 년에 프로톤 이라는대륙간탄도미사일개발 1962 < >

사업이 시작되었다 그러나 계획이 변경되어. <프로 톤 은전적으로우주선발사용으로개발되게되었다> . 년이계획을가속하기위하여변형 단 로켓을

1965 2

발사 연구개발에 착수하여 드디어 1965년 7월에 프로톤 을 이용하여 과학위성을 지구 저궤도에 진

< >

입시키는데 성공하였다. <프로톤 은> 1967년 이래3 단, 4단의 현대식 로켓으로 개조 개발되기 시작하였 다 이 발사체는 디자인 면에서. 30년 동 안 큰 변 화 없 이 현재까지계속이용되고있다.

오늘날 흐루니체프 센터의 설계국(Salyut)과 개발 제작공장의설계자들은21세기형우주발사체인앙가 라 프로젝트를 수행하고 있으며 복합 소형 위성체와, 국제우주정거장모듈을개발하고있다 설계국과공장. 들 그리고 각 부문의 개발업체들의 연합으로 거대한, 흐루니체프 우주개발 센터가 설립되었으며 이 센터가 오늘날의 러시아 우주개발을 주도 하고 있으며 최근 주요개발활동을살펴보면다음과같다.

발사체 <프로톤> 현대화 사업

?

우주 발사체 앙가라 프로젝트 수행

?

국제 우주 정거장 사업 참여

?

인공위성 발사 서비스 회사 <유로콧> 운영

?

다음 절에서는 이중에서도 새로운 우주발사체인 앙 가라에대하여살펴보기로한다.

러시아의 새로운 우주발사체 앙가라

2.2 ,

앙가라 발사체 개발은흐루니체프우주 센터가 수행 한가장중요한프로젝트이다.[8-10]

앙가라발사체의 일반 사항 2.2.1

앙가라 발사체 설계는 1단의 공동 로켓 모듈 그림 개념에 (URM, Universal Rocket Module)( 2)

기초하고 있다 첫발사 계획은 여러 차례 연기된 끝. 에2006년에 실시할 것으로 예상된다 비교적 경량. 인 앙가라 1.1이 처음으로 궤도에 투입될 발사체이 다 모듈 개념의 실제적 수행은 앙가라 프로젝트의. 모든 단에 공동 로켓모듈1 (URM-1)을 사용하거나중 간 정도 또는무거운발사체의코아(core) 또는 스트 랩 온 부스터로 사용되는 것을 의미한다. 2단은 두 가 지 형태를 취한다: 앙가라1.1을 위한 로콧(Rockot) 발사체로부터 개량된 “Breeze-KM” 나다른모든이 발사체를 위하여 새로 개발된 공동 로켓 모듈 (URM-2).

앙가라 발사체 개발은 세 가지 목표를 가지고 있 다 첫째 앙가라는 완전히 국내에서 개발되는 발사. , 체이다 프로톤과 같은 발사체는우크라이나부품들. 을 사용한다 둘째 플레체스크 러시아 발사장에서. , 지구정지궤도 발사를 수행함으로써 카자흐스탄의 바이코노루 발사장에 대한 의존도를 줄인다 셋째. , 대부분의 현존하는 러시아의 발사체보다 환경친화 적인 추진제를 사용한다 앙가라 발사체는 다양한. 크기의 발사체를 포함한다 앙가라. 1.1은 RD-191

그림2.공동로켓모듈 (Universal RocketModule)

그림3. RD-191엔진

(4)

그림 엔진을 사용하는 작은 발사체이며 새로운 ( 3)

액체산소등유를사용한다 반면에/ . RD-0124A엔진 으로구동되는 앙가라 1.2는 새로운 등유 산소를 사/ 용한다.

앙가라 A3와 A5는 앙가라 발사체의 중간 정도 및 무거운 발사체이고 제니트(Zenit) 및 프로톤(Proton) 급탑재체를운반할목적으로설계되었다.

앙가라A3와A5의 단 및 단으로앙가라1 2 1.2를 사 용하며 두개 혹은 네 개의 공동 로켓 모듈을 단에 추, 1 가한다 앙가라. A5는 지구천이궤도 임무 수행을 위하 여 KVRB의 수소에 의한 상단을 추가한다 미래의 초. 중량 A5의 구성은 2단을 통합된 산소수소 모듈/ 로 대 (UOHM, Unified Oxygen / Hydrogen Module) 체할것이다그림( 4및 표2).

2.2.2 앙가라발사체의 가용성

앙가라 프로그램은 앙가라 로 직접 진행될 것이5 다 앙가라. 5의 첫 발사는 2006년에 계획되어있다. 일정은 러시아 정부의 예산 충당에 달려있다 원래는. 년에첫발사하는것이었으나예산부족으로발 2001

사가 지연되어 왔다 앙가라 발사체의 마케팅은 아틀. 라스와프로톤을 마케팅하는 ILS(International Launch

가담당한다 Services) .

앙가라 발사체성능 2.2.3

표 1는 앙가라 1.1의 성능을 다양한 궤도 경사각 함수로서 원형궤도에 대한 탑재체 시스템 질량으로 나타낸다. 200에서 1500km의 궤도 범위는 더 가벼 운 앙가라 발사체의탑재체대한제한을두는것은아 니다 즉 탑재체의 질량이 줄어들면 가벼운 발사체는. , 더 높은고도로탑재체를발사할수있다.

2.2.4 앙가라 발사체의 자세제어시스템

단은 엔진에 있는 유압 노즐 김발을 이용 1 RD-191

하여 자세를 제어한다. Breeze 상단은 자세제어를 위 하여 12개의 추력기를 사용한다. RD-0124A 엔진은 단의 자세제어를 위하여 단일 평면에 각각 네 개의 2

추력쳄버를김발링한다. KVRB상단은UDMH/N2O4 를 활용한 작은 롤 제어 추력기뿐만 아 니 라 주 엔 진 노 즐김발을이용한다.

표1.앙가라1.1성능 지 수 원형궤도

위도(km)

페이로드 시스템 질 량 톤( ) i=63^? i=75^? i=85.8^? i=93.4^?

200 2.00 1.85 1.68 1.58

400 1.87 1.73 1.54 1.47

800 1.65 1.53 1.35 1.27

1100 1.51 1.40 1.22 1.15

1300 1.42 1.32 1.14 1.07

1500 1.34 1.24 1.06 0.99

앙가라발사체의 전자장비 2.2.5

앙가라 발사체는 관성항법시스템과 프로톤 M과 에서사용되는디지털비행컴퓨터를전자 Breeze M

장비로 사용한다 전자장비는 공동 로켓 모듈과 단. 2 에 장착된다. Breeze M상단은 전력공급 관성항법, , 디지털 비행 컴퓨터 및 기록장치를 갖춘 텔레메트리 시스템을 포함한 자체전자장비를 가지고 있다.

2.2.6 앙가라발사체의 발사운용

앙가라 발사체는 러시아 북쪽에 있는 플레체스크 발사장에서 발사된다 앙가라 프로그램의 첫 번째 목. 적은중간정도부터 무거운질량의 발사체를 러시아영 토내에서 발사할 능력을 갖추는 것이다 앙가라 발사. 체는 원래 제니트(Zenit) 발사체를 위해서 건설되는 발사대를 활용할 것이다 구소련이 붕괴되기 전까지. 제니트 발사체가 플레체스크 발사장 35번 구역의 새 로운두개의발사대에서발사될예정이었다 구소련이. 붕괴되고난후에는주로우크라이나의발사체를위한 인프라에투자하지 않기로하면서 제니트 발사대는완 성되지 못했다 앙가라 프로그램을 위해서. 35번 구역 의 번 발사대가완성되고 제니트 대신 앙가라발사체1 를발사하는데활용될것이다 앙가라는. 142번지역에 서수평으로위치한후에통합 시험 및 점검을수행할, 것이다 위성체는 발사체와 병행해서 수행될 것이다. . 위성체와발사체가 통합되면수평위치에서조립 및 시 험 동으로 운반된다 준비가 되면 발사체 시스템을 수. 직 위치로 세운다 발사대의 엄비리칼 및 연료 라인은.

단 밑 부분에 있는 어댑터에 연결된다 단과

1 . 2 KVRB

엄비리칼 및 연료 라인은 서비스 타워에 연결된다 그. 림 는플레체스크발사장을 나타낸다5 .

(5)

그림4. 앙가라 발사체 종류별 구 성

표2.앙가라발사체의기본특성

앙가라 1.1 앙가라 1.2 앙가라 A3 앙가라 A5 앙가라 A5/KVRB

발사질량 톤( ) 149.5 171.5 480 773 790

최대길이(m) 34.9 41.5 45.8 55.4 64.0

최대직경(m) 2.9 3.7 8.86 8.86 8.86

제어시스템 관 성

단계 부스터 1

추진제 질량 톤( ) 132.6 128.8 398 663 663

추진제 구성 O2 + RG-1 O2 + RG-1 O2 + RG-1 O2 + RG-1 O2 + RG-1 추력 톤( )

지상 진공/ 196/212.6 196/212.6 588/637.8 980/1063 980/1063 단계 부스터

2 추진제 및 가스

질량 톤( ) 5.1 25.7 35.7 35.8 41.3

추진제 구성 AT+UDMH O2 + RG-1 O2 + RG-1 O2 + RG-1 O2 + H2

추력 톤 힘( - ) 2 30 30 30 42

(6)

(7)

결 론 3.

구소련 붕괴 후의 러시아는 우주개발 투자 예산 규 모가 급격히 축소되어 러시아의 우주개발이 정체상태 를 맞이했었다 경제적이며 러시아 자체의 부품과 영. 토내에서 개발 및 발사운용이 가능한 새로운 개념의 우주발사체인 앙가라 프로젝트를 추진하고 있는 상황 에서 러시아 우주개발을 주도한 우주개발 주요 기관 및새로운우주발사체인앙가라에대하여고찰하였다.

국내에서는 항공우주연구원이 러시아 정부의 승인 하에 러시아 항공우주청 산하 기관과 소형위성발사체 개발 사업 (KSLV-I, Korea Space Launch Vehicle)

을 추진하려는 시기에 있어 구소련 붕괴 후의 우주개, 발을고찰하는 것은의미있는일이다.

참고문헌

조광래 우주발사체 기 술 동 향 우주천문 기술

1. , “ ”, 2002

개발 동향 한국과학기술기획평가위원회, , KISTEP 조 사자료 2003-02.

2. Mark Wade, "Soviet Space History," http://www.

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국가과학기술위원회 액체 추 진 기 관 개 발 기 술 국가

3. , “ ,”

기술지도 2단계:핵심기술별 기술지도, 2002년12월. 4. S.Umansky,"Launch Vehicles and Launch Sites,"

RESART, Moscow2003.

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6. O.Shinkovich,"JournalofNewsincosmonautics,"

No19,1996.

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홈페이지), 2004년 7월 7일 자 뉴 스, “항공우주청장의 에네르기아방문”.

8. A.Medvedev, etall, "Angara Launch VehicleFamily Concept, DevelopmentStatusandOperational Plans,"

AIAAPropulsionSymposium,Versailles, May 2002.

9. Steven J. Isakowitz, etall , "InternationalReference Guide to Space Launch Systems," 4th Ed., 2004, AIAA,SpaceWorksandLockheedMartinCor.

10. International LaunchServices,"AngaraLaunch System Mission Planner's Guide,"December2002.