10장. 로케트엔진의 이용과 추진 원리 과 목 : 에너지 공학 교 수 : 이영우 교수님 발표자 : 8조 노 범 식 이 승 용

목 차 Ⅰ. 서 론 – 무궁화 위성 Ⅱ. 본 론 1. 미사일의 역사 2. 로켓의 역사 3. 로켓의 구조 Ⅲ. 결 론

무궁화 위성의 목적 - 첨단 위성통신, 방송 서비스 제공 - 뉴미디어 시대 개척 - 위성관련 첨단 기술개발과 산업육성 도모 - 위성궤도, 주파수 자원 조기에 확보 - 미래의 우주개발 경쟁에 대비

무궁화 위성1호 - 1995년 8월 5일 미국 플로리다, 케이프 케너베럴 발사장 - McDonnell Douglas(MD)사 NASA 1959년 개발 3단 로켓 - 1995년 8월 5일 미국 플로리다, 케이프 케너베럴 발사장 - McDonnell Douglas(MD)사 Delta II 발사체 에 실려 발사 - 목표궤도에 6,350km나 못 미치는 사고발생

- 정지궤도에 진입시키기 위해 위성 자체가 가지고 있던 추진제 사용 - 수명이 당초 10년에서 4.5년으로 단축 - 수명분 손해에 대해 6천4백여 만불 보상 (after 장기간의 보험협상) - 위성사업 초기 다양한 경험을 할 수 있는 계기

무궁화 위성 2호 - 1996년 1월 14일 성공적으로 발사 - 1996년 7월부터 위성1호와 함께 운용 - 제원은 무궁화 위성1호와 동일 - 주파수 자원의 효율적 활용을 위해 1호 위성과는 편파방식을 달리 운용 수직편파 수평편파 원편파

무궁화 위성 3호 - 무궁화위성1호 발사사고로 예정보다 수명 단축 예상 - 현재의 서비스 중단 없이 제공 위해 발사 - 신규서비스, 수요증가에 대처할 수 있도록 대용량, 고출력의 제원 갖도록 설계

- 위성을 통한 초고속 광대역 멀티미디어 서비스 제공 - 첨단의 중계기도 탑재 약 48개 채널 디지털 위성방송 제공 가능 통신용 중계기 일부 추가 활용할 경우 최대 168개까지 위성방송 채널 공급 가능 - 가변빔으로 서비스 할 수 있는 안테나탑재 아시아지역까지 서비스 가능

무궁화 위성의 제원 구 분 무궁화 1호/2호 무궁화 3호 무 게 통 신 방 송 궤 도 제 작 발 사 1500kg 2800kg 구 분 무궁화 1호/2호 무궁화 3호 무 게 1500kg 2800kg 통 신 12중계기 24중계기 방 송 3중계기 6중계기 궤 도 36,000km / 지구정지궤도 제 작 (미)GE Astro사 (미)Lockeed Marteen사 발 사 95년 8월 1호기 96년 1월 2호기 99년 9월

미사일의 역사(북한) - 1970년대 초 본격적으로 탄도미사일 개발 - 중국 DF-61미사일(사정거리 600km) 기본으로 설계 할 예정 - 구 소련의 스커드 미사일을 입수 (from 이집트) 새 엔진을 장착 - 1984년 스커드 B 시험발사 성공 - 1986년 스커드 C 시험발사 성공 - 1993년 노동 1호 시험발사 성공 - 1998년 대포동 1호 시험발사 성공 - 2002년 대포동 2호 미사일 엔진 연소실험 실패 - 2004년 대포동 2호 미사일 엔진 연소실험 성공

<스커드 미사일> - 사정거리 : 300~500km - 총 700발 보유 중동국가에 상당량 수출 스커드 C 미사일

<노동 미사일> - 사정거리 : 1,000 ~ 1,300km

<대포동미사일> 구 분 대포동 1호 대포동 2호 유 형 액체 2단 로켓 발사거리 1,500~2,000km 구 분 대포동 1호 대포동 2호 유 형 액체 2단 로켓 발사거리 1,500~2,000km 3,500~6,000km 동 체 지름 1.3m 지름 2.4m 발사중량 27,000kg 60,000kg

<대포동 미사일> 대포동 1호 대포동 2호

<북한 미사일 사정거리 1>

<북한 미사일 사정거리 2>

미사일의 역사 <제 2차 세계대전 당시> - 독일 : 탄도미사일,순항미사일(크루즈미사일) 제작 - 실용화된 최초의 순항미사일 : V-1 - 1944. 6. 13 ~ 1945. 3. 29 : 8,000개의 V-1미사일 런던으로 발사 약 2,400개 목표지점에 명중 - V-1 : 추진체 - 과산화수소의 분해로 발생한 수증기 & 산소

<propelled by a pulse-Jet engine> Fieseler FZG - 76에 탑재된 모습

- V-2 • 추진체( 액체산소 & 75% 에탄올) • 연료펌프 구동용 터보엔진 : 과산화수소사용

- 전후 소련 : 펜네뮌데 연구소로부터 다량의 V-2부품 반출, 기능공을 데려가 로켓기술 습득 - 전후 미국 : 150여명의 로켓 전문가 데려가 로케트 엔진 설계법 습득 - 이후 각자 기술 발전

<미사일의 개발> 1) 대형 지대지 미사일 (SSM, surface-to-surface missile ) ⅰ) 대륙간 탄도미사일 (ICBM, Intercontinental Ballistic Missile) ▪ 5,000km 이상의 사정거리 탄도미사일 ▪ 보통 메가톤급의 핵탄두를 장착 - 러시아(1957년 8월에 개발) - 미국(59년에 실용화)

LGM-30G 미니트맨 Ⅲ LGM-118A 피스키퍼

ⅱ) 중거리 탄도미사일(IRBM) (Intermediate Range Ballistic Missile) ▪ 1,000∼5,000km 내외의 사정거리 . ▪ 발사원리, 비행방법, 탄두 : 대륙간탄도미사일과 비슷, 사정거리 짧음 - 미국(ICBM의 개량) 현재 지상발사용 IRBM은 비보유 - 러시아 : SS-5 100기, SS-20 20기, SS-14 - 중국에서는 30∼40기의 IRBM을 배치

2) 공대지미사일(ASM, air-to-surface missile ) - 항공기에 탑재, 지상의 목표 공격하는데 사용 AGM - 65 AGM - 88

3) 공대공미사일(AAM, air-to-air missile) - 항공기에 탑재, 적의 항공기 공격에 사용하는 유도탄 - 추진장치 : 고체로켓 - 유도방식 ▪ 적외선 유도방식 ▪ 레이더 유도방식 ▪ 복합 유도방식

AIM - 9 사이드와인더 AIM - 54 피닉스

4) 대전차미사일(ATM, antitank missile) - 주로 전차의 파괴를 목적으로 하는 미사일 - 다른 대전차화기에 비해 명중률 높음 - 비교적 소형·경량(운반 용이) 이스라엘 주포발사형 대전차미사일

로켓의 역사 - 11세기 초 중국에서 최초 발명 - 13세기에는 병기로 사용 (13세기 후반에 유럽으로 전해짐) - 1891년 간스빈트 우주선의 원리 발표 - 1926년 3월 16일 미국의 고다드 메사추세츠주 어번시에서 발사 성공 - 1927년 독일 아마추어 로켓 클럽 발족 (오베르트, 폰 브라운)

- 1934년 폰 브라운이 로켓 A-2 개발 - 1942년 10월 3일 로켓 A-4 발사 성공 (A-4를 V-2호라 이름 지음) - 1957년 10월 4일 소련이 최초의 인공위성 스푸트닉 1호 발사 - 1958년 1월 31일 미국의 익스플로러 (EXPLORER) 1호 발사 성공(폰 브라운) - 1969년 아폴로 11호 달 착륙

로켓의 기본 추진원리 <로켓의 원리> - 작용•반작용의 원리로 작동(뉴턴의 제 3법칙) - 로켓의 추진 시스템은 자체내에 추진제를 저장, 외부의 공기 불필요 - 비행속도나 제트의 속도에 관계없이 작용,반작용에 의해 가속 1. 나랑 너랑 밀때. 같은 힘이 반대로 작용. 2. (걸을때)나는 발로 땅을 민다. 땅은 나를 민다. 3. 내가 술먹고 맨땅에 헤딩할 때, 맨땅이 나를 때림. 4. 옆집아줌마가 바람이 났을때, 아저씨가 맞바람을 피움.

로켓 엔진구조와 종류(화학로켓) 1) 고체추진제 로켓모터(SRM) - 고체연료, 산화제가 섞여서 연소실 내벽면 장전 - 중간부분으로 고압•고온의 가스가 노즐로 배출 - 혼합고체 추진제는 착화와 동시에 표면에서 부터 일정한 속도로 천천히 타 들어감 - 장점 : 연료나 산화제 공급장치와 밸브 불필요 - 단점 : 연소를 중단하거나 속도조절 불가능

2) 액체추진제 로켓 엔진(LRE) - 2500∼4000℃의 연소가스가 초음속 노즐을 통해 팽창, 가속화되어 약 3km/s의 속도로 배출 - 추력실은 연소 중 계속 고온·고압의 가스에 노출 추력실 벽 냉각필요 - 추진제가 추력실의 내벽과 외벽 사이의 채널을 따라 흐르면서 벽을 냉각

3) SRM과 LRE의 특성 비교 구 분 S R M L R E 구 조 간 단 복 잡 질 량 작 다 크 다 제 작 비 저렴하다 구 분 S R M L R E 구 조 간 단 복 잡 질 량 작 다 크 다 제 작 비 저렴하다 비 싸 다 추진제 저장 쉽 다 어 렵 다 추력제어 재 점 화 불 가 능 추진제 밀도 작 다

로켓 엔진구조와 종류(비화학로켓) 1) 전기추진 시스템 - 전열 로켓 - 전자기 추력기 - 정전 추력기 2) 핵 에너지 로켓 3) 빔 에너지 가열 로켓 - 태양열 추진 - 레이저 열추진

우주선에는 왜 날개가 없을까? - 비행기가 하늘을 날 수 있는 이유는 공기가 있기 때문

우주선에는 왜 날개가 없을까? - 우주는 진공상태 - 우주에서 날 수 있는 이유는 로켓의 추진력 때문 - 로켓 엔진에서 고체•액체 연료를 산소와 함께 태워서 폭발력을 뿜으면, 뿜는 반대 방향으로 우주선은 밀려남

날개가 없는 일반적인 우주선 아폴로 9호(미국) 아리안(유럽연합)

타이탄(미국) 델타(미국)

날개가 있는 우주선(예외) 난 날개가 있는데… 디스커버리호(우주 왕복선)

결 론 1. 로켓은 무기, 위성이나 우주선 발사에 사용 2. 로켓 추진의 에너지 효율은 아직 심각하게 고려해야 할 단계는 아님 결 론 1. 로켓은 무기, 위성이나 우주선 발사에 사용 2. 로켓 추진의 에너지 효율은 아직 심각하게 고려해야 할 단계는 아님 3. 로켓의 발달은 우주항공산업의 발전에 있어서 필수불가결

연습문제 1.북한 미사일의 한 종류로서 현재 발사조짐을 보이고 있는 미사일의 이름은? (노동미사일) 2.대륙간 탄도 미사일과 발사원리와 비행방법은 비슷하나 사정거리가 짧은 미사일의 영문 약어는? (IRBM) 3. 로켓이 최초로 발명된 나라는? (중국) 4. 로켓의 기본 추진원리에 적용되는 법칙은? (작용 ․ 반작용의 법칙) 5. 고체추진체 로켓모터(SRM)의 단점을 간략히 서술하시오. (연소를 중단하거나 속도조절 불가능하다)