한국항공우주연구원

자막

동경 127.53도 북위 34.43도
나로우주센터

누리호..KSLV-Ⅱ
한국형발사체

정상궤도 진입의 핵심키

위성보호의 첨단 과학
페이로드페어링

극한의 외부 환경으로부터 인공위성을 보호하는 페이로드 페어링
(페이로드 페어링 Payload Fairing
발사체 위성을 보호하는 유선형 덮개)

(이종웅 연구원)
보통 보호덮개라고들 많이들 말씀하시고 있습니다
정확한 명칭은 페이로드페어링이라고 합니다
내부의 인공위성을 보호하는 게 목적이 되겠습니다

발사체 시스템의 가장 앞쪽에 위치한 원뿔 모양의 페어링은
지구 대기권을 돌파하는 순간
설계된 고도에 맞춰
정확한 타이밍에 동시분리 되어야 한다
(정확한 타이밍에 동시분리 되는 것이 기술의 핵심!)

(이종웅 연구원)
구조시험이나 분리시험 등 다른
어떤 시험시설과의 연계를 통해서 성능을 확인해야 하는
그런 부분에 있어서도 큰 어려움이 있었습니다

수많은 시행착오 끝에
우리나라의 자체 기술로만 분리에 성공한 페이로드 페어링
(우리나라 자체기술로 분리성공)

(박순홍 연구원)
저희가 해외에서 도입할 수 있는 기술은 하나도 없었고요
독자적으로 개발했습니다

우주 강국으로향하는 문이, 곧 우리 앞에 열린다
(우주강국의 문이 열린다)
(누리호의 보호덮개, 페이로드페어링)

페이로드 페어링은 누리호에 탑재된 탑재체를
보호하기 위한 일종의 보호 장치다

(Q. 발사체에서 페이로드 페어링의 위치는?)
(이종웅 연구원)
페어링은 우주발사체의 제일 상단
제일 앞부분에 뾰족한 부분으로
지상에서는 외부환경으로부터 인공위성을 보호하고 비행 중에
더 이상 외부의 열이나 공력하중이 없는 위치까지 가게 되면
양쪽으로 벌어지면서 인공위성이
제 궤도에 투입할 수 있게끔 되어있습니다

(발사 시, 소음과 마찰고열 등이 발생)
발사체가 발사될 때 엄청난 소음과 진동이 나타나고
대기와의 마찰에 따른 높은 열도 발생한다

(외부 환경을 극복하고 탑재체를 보호하는 페이로드 페어링)
페이로드 페어링은 이로부터 탑재체를 보호하고
성공적으로 우주 궤도에 안착시켜야한다

(Q. 페이로드페어링의 내부구조는 어떻게 이루어져 있나?)
발사체가 이륙할 때 나는 소음은 약 150db정도 됩니다
큰 소음이 발생하기 때문에 그런 것들에 의해서
위성이 파손될 수 있습니다

(박순홍 연구원)
그래서 발사체 페어링 내부에는
소음을 줄여주는 장치가 설치되어 있습니다
페이로드페어링은 카본복합재료로 성형을 해서 만들어지는 부품
흔히 탄소복합섬유라고 하는데
성형 전에는 얇은 종잇장처럼 되어 있는데
이것을 원하는 강도 조건에 맞게끔
열과 압력을 가할 수 있는 장비에서 성형하게 됩니다
(이종웅 연구원)
그러면 이 부들부들한 섬유가
딱딱한 금속제나 알루미늄에 가깝게
구조강도를 갖는 구조체가 됩니다

(같은 크기의 구조물 두 개가
탑재체를 감싸고 합체하는 방식으로 설계)

페이로드페어링은 똑같은 자재와 크기의
구조물 두 개를 합체하는 방식으로
탑재된 위성을 감싸는 방식으로 설계된다

(페이로드페어링의 핵심 분리기술)
페이로드페어링의 핵심은, 분리기술이다

(일종의 화약 분리장치로 연결된
좌우 양쪽의 페이로드페어링)
(화약의 폭발력으로 구조적 연결을
해제하면서 분리)

그때 중요한 역할을 하는 것이 바로 스프링 조합체다

(Q. 페어링 분리시, 스프링 조합체의 역할은?)
(이종웅 연구원)
스프링의 압축력을 가지고 분리를 하게 되는데
우선 화약의 힘으로 이 좌우 페어링을
구조적으로 절단시킨 다음에
압축된 분리스프링이 인장이 되면서
양쪽 페어링을 좌우로 벌리면서
분리시키는 구조가 되겠습니다
개당 약 1t 정도의 힘을 낼 수 있는
스프링을 분리 요구조건에 맞도록 배치를 하고
선정해서 사용하고 있습니다

(페어링 미 분리시, 발사 실패)
페이로드페어링이 제대로 분리되지 않으면 발사는 실패한다
때문에 이 분리 기술은
발사체 선진국에서도 특급보안으로 관리한다
개발한 기술에 대해서는
어느 정도 수준 이상이 되지 않으면 기술이전이라든가
(이종웅 연구원)
어떤 협력 그런 것이 불가능하기 때문에
기술에 대해서는 보안이 철저히 중요하고요
이제는 저희도 페이로드페어링에 있어서는
어느 정도 기술 수준이 올라왔기 때문에
그러한 기술을 저희만의 독자적인 기술로써
잘 간직하기 위해서는 거기에 대한 보안도 필요하다고 생각합니다

모든 기술이 그렇듯 페이로드페어링의 분리 기술도 쉽지 않았다

(Q. 페이로드페어링 개발에 가장 큰 난관은?)
거대구조물을 가볍게 만들기 위해서는
여러 조각으로 만들면 안 되고
일체 성형으로 만들어야 하는 그러한 제작상의
어려움도 있고 그리고 구조시험이나 분리시험 등
시험시설과의 연계를 통해서 성능을 확인해야 하는
그런 부분에 있어서도 큰 어려움이 있었습니다

(나로호 1차 발사 페어링 미분리 영상)
화약이 터짐으로써 파이로 쇼크라는 충격이 가해지는데
그러한 부분들도 다른 전자탑재물이나
인공위성에 악영향을 끼치기 때문에
실패를 거듭할수록, 기술의 실마리가 보였다

(이종웅 연구원)
약 20여 회 이상 저희가 분리시험 및
다른 시험들을 수행해서 추정되는 사고에 대한
(Q. 나로호 성공 당시 상황을 떠올린다면?)
원인을 규명하고 그거를 보완, 수정해서
3차 발사 때는 성공한 케이스가 되겠습니다
(위성보호덮개 페어링 분리)

누리호의 성공을 좌우하는 '페이로드페어링'
대한민국 우주 발사체로 세계를 넘어 우주로 향하는
(세계를 넘어 우주를 향하는 도전)
한국형 페이로드페어링의 도전

(박순홍 연구원)
우리나라에서도 곧 스페이스X 같은
아주 훌륭한 우주 기업이 저희가 개발한
이 기술들을 토대로 해서 나올 것으로 기대를 하고 있고요
그게 아마 우리나라의 향후 먹거리가
되지 않을까 그렇게 기대하고 있습니다

그 도전의 끝에 우리의 꿈과 우주강국의 미래가 있다
(도전의 끝에 우리의 꿈이 열린다!)

KARI TV
KOREA AEROSPACE RESEARCH INSTITUTE