한국항공우주연구원

자막

(중력을 거스르는
300톤급의 추력으로 이륙한 뒤)

(최대 약 27,000km/h의 속도로
우주로 향하는 누리호)

(누리호에 초단 1톤의 산화제와 연료를 공급하는
추진제탱크의 두께는)

(100원 짜리 동전과 같다?!)

(얇지만 강하게 만들어야 하는 추진제탱크는
어떻게 만들어 졌을까?)

(김광수 발사체구조팀장)
저희는 추진제 탱크라고 부르는데요
연료를 저장하는 연료탱크와
(연료탱크)
산화제를 저장하는 산화제탱크 두 종류가 있고요
(산화제탱크)
(1, 2, 3단 각 2개씩
총 6개의 추진제탱크로 구성)

우주발사체가 우주로 나가기 위해서는
엔진에서 연소를 해야하는데
연료와 산화제가 굉장히 많이 필요합니다

(전체 발사체 무게의 90%는
연료와 산화제 무게)
(연료무게 비율 자동차 5%
항공기 50% 발사체 90%)
굉장히 큰 연료와 산화제를 싣고 간다는 걸 알 수 있습니다

(Q. 추진제탱크 제작이 어려운 이유는?)
추진제탱크 제작이 어려운 이유는
부피와 크기가 굉장히 큰데 비해서
가볍게 만들어야 하기 때문에 두께가 굉장히 얇습니다
추진제탱크 같은 경우에
(일반 산업에서 쓰지 않는 고난이도의 정밀한 기술 필요)
만들다 보면 용접 라인이 굉장히 많은데
용접한 곳에서 불량이 난다고 하면
추진제 탱크 전체를 버릴 수 있기 때문에
품질관리가 굉장히 중요하기 때문에
그런 부분이 어려운 부분이라고 할 수 있습니다

(이상훈 선임연구원)
(Q. 추진제탱크 용접은 일반 용접과 다르다?)
용접에도 여러가지 공법이 있는데
일반적으로 TV나 이런데서 많이 보신
조선소와 같은 곳에서의 용접공법은
와이어가 송급 되면서 거기서 아크가 발생하는 용접방식이라서
필연적으로 스패터라는 물질이 많이 튀게 되고요
저희가 쓰는 방식은 플라즈마로 용접하는 방식이라서
고품질 청정한 용접 방식이 되겠습니다
추진제 탱크는 맥주캔처럼 매우 얇게 만들어졌기 때문에
2mm 정도로 매우 얇게 만들어졌기 때문에
용접시에 변형이 많이 일어나서 제작이 어렵다고 판단됩니다
오징어를 불에 구우면 몸통이나 이런것들이 막 뒤틀리듯이
얇은 알루미늄도 용접을 하기 위해서 불을 가하기 시작하면
자연적으로 뒤틀리게 되는데요
그런것들을 방지하기 위해서 치구 설계가 상당히 중요하고요
치구설계를 한번에 만들면 좋겠지만
해석에 한계가 있기때문에
지속적으로 만들어보고 테스트하는 시행착오를 겪어야지만
완성된 용접을 할 수 있기 때문에 어렵다고 판단되고요
두 번째로는 저희가 쓰는 재질 자체가 특수한 알루미늄이기 때문에
특수한 용접공법을 씁니다
국내에서는 추진제탱크에만 사용하는
용접공법을 사용하기 때문에
초반에 이것을 개발할 때 어디 물어볼때도 없고
자문을 구할 때가 없어서 어려웠고요
실질적으로 부딪혀서 해결해야하는 문제점이 많았기 때문에
어려웠다고 판단됩니다

(Q. 누리호 탱크 용접 공정 개발은 언제부터 시작이었나?)
저희가 2005년 나로호 선행개발 때 비슷한 탱크를 만들면서
누리호를 제작하기 위한 용접공정을 개발해왔습니다
2005년이면 16년 정도 되는건데
그때부터 지금까지 지속적으로 용접공정을 개발해왔고
지금은 많은 노하우가 쌓였다고 판단이 되고요
그럼에도 불구하고 지금 순간에도 한번씩
다시 용접공정을 잡아야 하는 경우가 많습니다
그만큼 용접이 상당히 까다롭다고 보시면 됩니다
지금 보시는 이 부분이
용접중에 원주용접이라고 보시면 됩니다
이렇게 뱀 물결처럼 나와 있는것은
용접기의 토치가 좌우로 위빙하면서 나오는 모양을 나타내고요
이러한 용접을 한 번 하는데
토치는 가만히 있고 탱크가 회전하면서 용접을 하는데
한번 하는데 한 시간 정도의 용접시간이 소요가 됩니다

지금 아래에 보시면
이 부분이 산화제탱크의 수직 용접부입니다
수직용접부는 실린더를 롤링해가지고
원통형으로 만들기 위해서 만드는 용접방법이고요
우리가 알루미늄 맥주캔이나 콜라캔을 보면
미세하게 용접이 되어있는 부분이 있는데
그거와 동일한 역할을 한다고 보시면 됩니다
원통형 단조품으로 깍아서 만들게 되면
비용도 비싸고 그리고 이렇게 큰 단조품이 나오지도 않을뿐더러
불가능하기 때문에
얇은 실린더 패널을 롤링을 해서 만들게 됩니다

(Q. 누리호 3단 추진제탱크는 극한의 다이어트로 만들어진다?)
(정연희 선임연구원)
3단 구조물의 중량을 줄인만큼
페이로드의 중량을 늘릴수 있으므로
3단부 탱크의 중량은 추진제 탱크 중에서 가장 가볍습니다
예를 들어 3단 연료탱크의 경우
벽 두께가 1.5mm에 불과합니다
(최소 1.5mm의 두께로
우주공간에서의 하중을 견뎌내게 설계)

3단부 탱크를 설계하는 과정은 다이어트와 똑같았는데요
설계를 하고 해석적으로 안전한지 검증을 하는 과정을
무한 반복을 하면서 내부설계를 했었어요
그런데 그 과정에서 극한의 다이어트처럼
뺄 부분은 확실히 빼고
더할 부분은 더하고 그렇게 하면서 설계를 했죠
(극한의 다이어트로
굉장히 튼튼하고 가벼운 탱크 제작 성공)

(유준태 책임연구원)
앞에 보이시는 탱크는
누리호 2차 시험발사에 사용될 1단 산화제탱크가 되겠습니다
(누리호 1단 산화제탱크 10m, 3.5m, 100t)
제작이 완료되서 우주센터로 이송하기 위해 대기중에 있고요
그 다음에는 연료탱크가 되겠습니다
(누리호 1단 연료탱크 3.5m, 6.5m, 2.2t)

(제작이 완료된 누리호 1,3단 추진제 탱크는)
(종합연소시험을 통해 성능을 검증하였고)
(시험발사체 발사로 성능이 검증된
누리호 2단까지 합쳐져)
(발사를 위한 최종 준비작업에 착수했다)

(극한의 기술로 얇지만 강하게 만들어지는 추진제탱크)
(대한민국이 우주로 가는 길을 열어갑니다)

KARI TV
KOREA AEROSPACE RESEARCH INSTITUTE