아티스트의 Integrated Powerhead Demonstrator 렌더링 이미지 크레디트 : NASA. 클릭하면 확대됩니다.
미래의 로켓 기술을 생각할 때 아마도 이온 추진, 반물질 엔진 및 기타 이국적인 개념을 생각할 것입니다.
그렇게 빠르지 않습니다! 전통적인 액체 연료 로켓의 마지막 장은 아직 작성되지 않았습니다. 오늘날의 설계보다 성능을 두 배로 높이고 신뢰성을 향상시킬 수있는 차세대 액체 연료 로켓 설계에 대한 연구가 진행 중입니다.
액체 연료 로켓은 오랫동안 사용되어 왔습니다. 최초의 액체 동력 발사는 1926 년 Robert H. Goddard에 의해 수행되었습니다. 이 단순한 로켓은 약 20 피트 정도의 추력을 발생시켜 약 40 피트를 공중으로 옮길 수있었습니다. 그 이후로 디자인은 정교하고 강력 해졌습니다. 예를 들어, 우주 왕복선의 3 가지 액체 연료 내장 엔진은 지구 궤도로가는 도중에 150 만 파운드 이상의 결합 된 추력을 발휘할 수 있습니다.
지금까지 액체 연료 로켓 설계의 모든 가능한 구체화가 이루어져야한다고 가정 할 수 있습니다. 당신은 틀렸을 것입니다. 개선의 여지가 있다는 것이 밝혀졌습니다.
NASA, 국방부 및 여러 업계 파트너로 구성된 그룹 인 미 공군의 주도로 더 나은 엔진 설계를 위해 노력하고 있습니다. 그들의 프로그램을 Integrated High Payoff Rocket Propulsion Technologies라고하며, 가능한 많은 개선 사항을보고 있습니다. 지금까지 가장 유망한 것 중 하나는 새로운 연료 흐름 체계입니다.
액체 연료 로켓의 기본 아이디어는 다소 간단합니다. 액체 형태의 연료 및 산화제는 연소실에 공급되어 점화된다. 예를 들어, 셔틀은 액체 수소를 연료로 사용하고 액체 산소를 산화제로 사용합니다. 연소에 의해 생성 된 고온 가스는 원뿔형 노즐을 통해 빠르게 빠져 나가서 추력을 생성합니다.
물론 세부 사항은 훨씬 더 복잡합니다. 우선, 액체 연료 및 산화제는 모두 매우 신속하고 큰 압력 하에서 챔버로 공급되어야한다. 셔틀의 주요 엔진은 25 초만에 연료로 가득 찬 수영장을 배출합니다!
이 급류의 급류는 터보 펌프에 의해 구동됩니다. 터보 펌프에 동력을 공급하기 위해 소량의 연료가 "예열"되어 터보 펌프를 구동하는 뜨거운 가스가 생성되어 나머지 연료를 주 연소실로 펌핑합니다. 산화제를 펌핑하기 위해 유사한 공정이 사용된다.
오늘날의 액체 연료 로켓은 프리 버너를 통해 소량의 연료와 산화제 만 보냅니다. 벌크는 주 연소실로 직접 흘러 프리 버너를 완전히 건너 뜁니다.
공군과 NASA가 테스트 한 많은 혁신 중 하나는 모든 연료와 산화제를 각각의 프리 버너를 통해 보내는 것입니다. 소량 만 소비됩니다. 터보를 작동시키기에 충분합니다. 나머지는 연소실로 흐른다.
이 "풀 플로우 단계적 사이클"설계는 중요한 이점이 있습니다. 터보 펌프를 구동하는 터빈을 통해 더 많은 질량이 통과함에 따라 터보 펌프가 더 강하게 구동되어 더 높은 압력에 도달합니다. 높은 압력은 로켓의 성능과 동일합니다.
NASA의 마샬 우주 비행 센터 (Marshall Space Flight Center)의 게리 겐지 (Gary Genge)에 따르면, 이러한 디자인은 미국의 액체 연료 로켓에 사용 된 적이 없다. Genge는 이러한 개념의 테스트 엔진 인 IPD (Integrated Powerhead Demonstrator)의 부 프로젝트 관리자입니다.
Genge는“이러한 디자인은 여러 가지 방법으로 성능을 향상시킬 수 있습니다. "우리는 더 낮은 비용으로 더 나은 연료 효율, 더 높은 추력 대 중량비, 향상된 신뢰성을 원합니다."
“그러나이 프로젝트 단계에서는이 대체 흐름 패턴이 올바르게 작동하도록 노력하고 있습니다.”라고 그는 말합니다.
이미 한 가지 핵심 목표 인 더 시원하게 작동하는 엔진을 달성했습니다. Genge는“전통적인 흐름 패턴을 사용하는 터보 펌프는 최대 1800C까지 가열 할 수 있습니다. 그것은 엔진에 많은 열 스트레스입니다. "전체 흐름"터보 펌프는 더 시원합니다. 더 많은 질량을 통과할수록 더 낮은 온도를 사용할 수 있고 여전히 우수한 성능을 얻을 수 있습니다. "우리는 온도를 수백도 낮췄습니다."라고 그는 말합니다.
IPD는 새로운 아이디어에 대한 테스트 베드 일 뿐이라고 Genge는 말합니다. 시위대 자체는 결코 우주로 날아 가지 않습니다. 그러나 프로젝트가 성공하면 일부 IPD의 개선 사항이 미래의 출시 차량으로 향할 수 있습니다.
Goddard 이후 거의 수백 년 동안 수천 건의 발사로 최고의 액체 연료 로켓은 아직 오지 않았습니다.
원본 출처 : NASA Science Article
