연구실 탐방 (Rocket Lab KAIST)

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Rocket Lab KAIST(RLK)는 우주 및 국방 분야의 핵심 기동력을 제공하는 로켓 추진 기술과 시스템에 대한 연구를 수행합니다. 본 연구실은 권세진 교수님이 확립한 연구 철학과 학문적 전통을 계승하는 동시에, 축적된 핵심 연구 역량과 신규 PI가 보유한 실무 개발 경험을 결합하여 뉴스페이스 시대에 요구되는 차세대 추진기관 기술에 대한 선도적 연구를 수행하는 것을 목표로 합니다.

 

 

 

< History of Rocket Lab KAIST >

 

 

화학 로켓 추진 기술은 오랜 기간 인류가 지구 중력을 극복하고 미지의 우주를 탐사하기 위해 사용해 온 가장 기본적이면서도 핵심적인 추진 기술입니다. 전기 추진이나 원자력 추진과 같은 고비추력 추진 기술에 비해 비추력이 낮아, 심우주 탐사와 같이 극한의 효율이 요구되는 임무에서는 활용이 제한되는 측면이 있습니다.

그럼에도 불구하고 화학 로켓 추진은 짧은 시간 내에 매우 큰 추력을 생성할 수 있는 가장 성숙한 기술로서, 발사체 및 궤도 기동 단계에서 현재까지도 대체 불가능한 역할을 수행하고 있습니다. 특히 우주 환경에서도 안정적으로 높은 추력(수 N 이상)을 제공할 수 있다는 점에서, 현대 우주 시스템의 주력 추진 기술로 여전히 널리 활용되고 있습니다.

또한 국방 분야에서는 비행체의 신속한 기동과 즉각적인 가속 능력이 필수적이기 때문에, 화학 로켓 추진 기술은 현재까지도 핵심적인 기동 추력원으로서 중요한 전략적 가치를 지니고 있습니다.

 

 

<  Research interests of Rocket Lab ​ >

 

 

 

Rocket Lab KAIST (RLK)는 현대 우주 및 국방 분야의 핵심 비행체인 우주발사체, 궤도수송선, 직격요격체, 유도무기에 적용되는 로켓 추진 기술과 추진 시스템을 연구하는 연구실입니다. 본 연구실은 추진기관 단품 기술에 국한되지 않고, 실제 비행체 적용을 고려한 설계–해석–시험 기반의 시스템 중심 연구를 수행하며, 다음의 네 가지 연구 분야를 중심으로 연구를 진행합니다.

 

① Space Propulsion
② Solid Rocket Motor
③ Liquid Rocket Engine
④ System Design

 

Rocket Lab KAIST는 축적된 추진기관 연구 경험과 실무 기반의 시스템 설계 역량을 바탕으로, 차세대 우주·국방 비행체에 요구되는 고신뢰·고성능 로켓 추진 기술 개발을 목표로 하고 있습니다.

 

1) Space Propulsion

우주 공간에서 다중 탑재체의 다중 궤도 투입, 궤도 전이, On-Orbit Servicing을 수행하기 위해서는 높은 기동성을 갖춘 추력기 기반의 우주 비행 플랫폼이 요구됩니다. Rocket Lab KAIST는 이러한 요구를 충족하기 위해 높은 추력 응답성과 저장성을 갖는 저독성 추진제 기반 접촉 점화성 이원추진제 기술에 대한 연구를 수행합니다. 본 연구실은 기존의 과산화수소 기반 접촉 점화 추력기 기술을 기반으로, 최근 주목받고 있는 아산화질소, DMAZ–WFNA 등 신규 추진제 조합에 대한 적용 가능성을 검토하고, 액적 낙하 및 충돌형 인젝터 반응 시험 등 기초 실험을 수행하며 스월 인젝터(Swirl injector), 핀틀 인젝터(pintle injector), 막냉각 설계 연구와 접촉 반응 메커니즘에 대한 시험적 분석을 통해 비행형 추력기 및 엔진 개발을 위한 기술적 기반을 확보하고자 합니다.
 

 

 

< Hypergolic bipropellant thruster and its applications >

 

 

2) Solid Rocket Motor

Rocket Lab KAIST는 고체 추진기관 설계 및 해석에 필요한 핵심 소프트웨어를 자체 개발하고, 저비용·고신뢰 물리 해석 모델을 기반으로 한 최적 설계 기법을 연구합니다. 물리 모델과 신경망 이론, 최적화 기법을 융합하여 임무 요구조건을 충족하는 고체 추진기관의 설계 자동화 및 최적화 기술을 개발합니다.

 

 

 

< Performance prediction and reverse design of solid rocket motor >

 

 

3) Liquid Rocket Engine

우주발사체용 추진기관은 기존의 KeroLox 및 HydroLox 체계에서 MethaLox 체계로 전환되고 있습니다. MethaLox는 KeroLox 대비 높은 비추력을 구현할 수 있으며, HydroLox에 비해 취급과 발사체 시스템 구성이 용이하여 재사용 발사체의 주력 엔진으로 주목받고 있습니다.

메탄 엔진은 가스발생기 사이클(GG), 팽창식 사이클(Expander), 다단연소 사이클(SC), 전유량 다단연소 사이클(FFSC) 등 다양한 엔진 아키텍처 적용이 가능하며, 임무 요구조건에 부합하는 최적의 시스템 설계가 핵심입니다. 본 연구실에서는 메탄 엔진 아키텍처에 대한 1차원(1D) 시스템 시뮬레이션 모델을 구축하고, 이를 기반으로 시스템 동특성 및 시동 특성에 대한 연구를 수행합니다. 또한 저장성 산화제를 활용한 과산화수소 기반 다단연소 사이클 개념을 포함한 차세대 추진 시스템 연구를 진행합니다.

 

 

 

< Study on architecture for liquid rocket engine >

 

 

4) System design

로켓 추진기관과 비행체는 다양한 단위 구성품이 통합되어 임무를 수행하는 체계 종합 시스템입니다. 추진제 공급계, 추력기, 밸브로 구성된 추진 시스템 아키텍처 분석은 경량화와 성능 최적화가 요구되는 비행체 추진 시스템 설계의 핵심 요소입니다. 본 연구실은 우주 추진 시스템, 로켓 엔진 조립체, 우주 발사체 하드웨어 및 시스템 기본 설계 기술에 대한 연구를 수행합니다.

 

 

 

< Space propulsion system architecture >

 

 

고체 추진, 액체 추진, 우주 추진, 로켓 추진에 대하여 설계, 해석, 시험에 관심 있는 분들의 많은 관심과 지원을 기대합니다.

 

 

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원문       진정근 교수[jungkunjin@kaist.ac.kr]

편집                      이은혁[lehx01@kaist.ac.kr]