『누리호 발사조사위원회』최종 조사결과 발표
- 3단 산화제탱크 내부에 장착된 헬륨탱크의 고정장치가 풀려
산화제탱크 내부 구조물과의 충돌로 균열 발생 -
□ 과학기술정보통신부(장관 임혜숙, 이하 ‘과기정통부’)와 한국항공우주 연구원(원장 이상률, 이하 ‘항우연’)은 「누리호 발사조사위원회(이하 ‘조사위’)」를 통해 누리호 1차 발사(’21.10.21) 시 위성모사체가 궤도에 투입되지 못한 원인을 규명하고 그 결과를 발표하였다.
ㅇ 과기정통부는 지난 10월말 항우연 연구진들과 외부전문가들이 참여하는 「누리호 발사조사위원회」를 구성하여 총 5회*에 걸쳐 조사위를 개최하였으며, 이와 함께 항우연 실무연구진들도 내부 회의를 개최(총 7회)하면서 누리호 1차 발사의 기술적 사항을 조사해왔다.
* (1차)’21.11.3, (2차)11.11, (3차)11.30, (4차)12.20, (5차)12.27
□ 이번 조사는 비행 중 획득한 2,600여개의 텔레메트리 데이터를 기반으로 누리호 비행과정 중 발생한 이상 현상을 찾아내고 그러한 현상을 유발시킨 원인을 밝혀내는 방식으로 진행하였으며,
ㅇ 조사위는 조사 초기 단계에 3단 산화제탱크의 압력이 저하되어 엔진이 조기에 종료되었음을 확인한 후, 구체적인 원인 규명에 초점을 맞추었다.
< 누리호 이륙 후 시간대별 현상 개요 >
‣(36초) 비행과정에서의 특이 진동 계측(3단 탱크연결트러스, 위성어댑터), 헬륨탱크에서 헬륨 누설 시작, 산화제탱크 기체 압력 상승
‣(67.6초) 산화제탱크 기체 압력 하강 시작, 산화제탱크 상부 표면온도가 급격히 하강
‣(115.8초) 헬륨탱크 압력 하강 및 3단 산화제탱크 기체 압력 상승
□ 그 결과, 최종적으로 다음과 같은 원인에 의해 3단 엔진이 조기에 종료되었다고 결론지었다.
ㅇ 누리호의 3단 산화제탱크 내부에 장착되어 있는 헬륨탱크의 고정장치 설계시 비행 중 부력 증가에 대한 고려가 미흡하였다.
ㅇ 이로 인해 실제 비행 시 헬륨탱크에 가해지는 액체산소의 부력이 상승할 때 고정장치가 풀려 헬륨탱크가 하부 고정부에서 이탈한 것으로 추정된다.
ㅇ 이후 이탈된 헬륨탱크가 계속 움직이면서 탱크 배관을 변형시켜 헬륨이 누설되기 시작했으며, 산화제탱크의 균열을 발생시켜 산화제가 누설되었다. 이로 인해 3단 엔진으로 유입되는 산화제의 양이 감소하면서 3단 엔진이 조기에 종료되는 결과를 낳았다.
ㅇ 이번 조사를 통해 밝혀진 원인을 기반으로 과기정통부와 항우연은 누리호의 기술적 보완을 위한 세부 조치방안을 마련하고 향후 추진일정을 확정해 나갈 계획이며, 기술적 보완은 헬륨탱크 고정부와 산화제탱크의 구조를 강화하는 것 등을 중심으로 이루어질 예정이다.
□ 조사위 위원장인 최환석 항우연 부원장은 “설계시 비행 가속 상황에서의 부력 증가에 대해 충분히 고려하지 못하여, 국민들의 성원에 부응하지 못한 점을 안타깝고 송구스럽게 생각하고, 향후 철저한 보완을 통해 2차 발사를 준비해 나가겠다.”고 말했다.
ㅇ 또한, 과기정통부 권현준 거대공공정책관은 “앞으로 사업추진위원회 및 국가우주실무위원회를 통해 기술적 조치에 따른 향후 추진일정을 확정해 나갈 예정”이라고 말했다.
균열로 인해 헬륨이 빠져서 그랬군요.
기사에도 설계 결함이라고 나옵니다.
구체적 원인이 본문에는 적시되어 있지 않으나..
비행과정에서 4.5G이상의 가속도를 받는데 헬륨탱크 고정에 1G상태로 상정하고 설계한게 문제라고 합니다.
설계보완 필요하고..
4.5G 견디게 구조변경하면서 발생하는 변수가 없는지 확인해야죠.
공대 마인드로는 설계상의 오류가 더 명확하고 좋은 케이스도 많을거 같아요.
의도치 않은 제작 조립과정 오류면 왠지 더 꺼름찍할거 같은..
이미 실체는 사라졌고, 고장나는 장면을 보지도 못했는데,
어떻게 저런 작은 (영향은 엄청나지만요)
문제를 찾아내는지 진짜 신기합니다.
나중에 기술이 성숙해지면 제거될 것들이긴 하죠
그래도 이 결과를 보고 다음 발사 때에는 개선될 거라고 봅니다.
계속 앞으로 가는게 중요합니다.
스페이스X의 팔콘9로켓 발사시 코멘터리 상에 MAX-Q라는 표현 볼 수 있는데 발사체에 최대 동적부하가 발생하는 시점이 발사후 초음속을 넘는 일정시점에 일어나는데 발사체 내외부 구조체에 가장 큰 부하가 걸리는 시점입니다.
30여초라면 시간상 누리호의 MAX-Q 도달 시점 전후로 보이는데 그때 부하를 못견딘 헬륨탱크 고정장치가 파손된 거로 보입니다.
실제 4.5G까지 견뎌야 하는데 1G로 부하를 상정한 설계를 했기에 문제가 발생한 것이라고 발표했습니다.
1. max-q는 최대동압구간으로 공기 역학적 개념입니다. 아마 공기 밀도 * 속도^2 가 최대인 시점일 겁니다. 가속도와는 관계없습니다.
2. 누리호는 엔진 추력이 비행구간동안 거의 일정하게 유지됩니다. 반면 비행하면서 추진제가 소진되어 중량이 감소하므로 단분리까지는 가속도는 꾸준히 증가합니다. F=Ma 에서 a=M/F M은 감소 F는 일정하니 a는 증가하죠.
가속하는 계에서 부력은 가속도에 비례해서 가속하는 방향으로 증가합니다. 액체산소에 담겨진 헬륨탱크의 부력은 가속도가 증가함에 따라 지속적으로 증가하는데 탱크 지지구조 설계시 이를 감안했어야 하는데 깜빡하고 1g 상태의 부력만 고려한 것으로 보여집니다.
대학 일반물리 수준에서 설명하자면,
유체의 rigid body motion은 아래와 같고
grad P + 유체밀도 × g × k = - 유체밀도× a
(P는 위치 (x,y,z)에서의 유체압력, g는 중력 가속도, a는 유체를 포함하는 전체적인 가속도(벡터), k는 z방향 단위 벡터)
이걸 3축 성분별로 정리해보면 dP/dz=-밀도x(g + a_z)가 되어서 가속도가 증가하면 부력도 증가하는 것을 알 수 있습니다
/Vollago
어느 부분에서 잘못되었는지 분석하기 위한
데이터를 수집하는 것부터가 실력이죠.
원인 분석이 되었다는 게 참 좋네요.
원인 설명을 들어도 무슨 수로 찾아냈는지 대단합니다.. 저기에 카메라를 달아논거도 아닐텐데...
그리고 애초에 진짜 위성이 아닌 더미위성을 쏠 정도의 시험발사인데 송구스러울 일이 아니죠.
대학 1학년 수준 설명
감사합니다^^ㅎㅎ
아자씨가 물병으로 설명해주니, 납득이 되네요.
감사합니다.
자세하게 설명해주는 아버지와
옛써! 엄청 폴라잇한 아이가 인상적이네요^^
좋은영상 감사합니다!
승객이 푼게 아니라 설계시 상정해야하는 최대부하를 4.5G이상으로 두고 계산하고 그에 맞게 고정장치를 설계 제작해야 했으나 1G로 상정하고 설계제작했습니다.
따라서 발사 30여초 고도 10km도 안되는 상황의 MAX-Q 시점에 고정장치가 최대 부하를 못견디고 파손되기 시작한 것으로 보면 될 것 같습니다.
적절한 노력 끝에 합당한 선택, 그로인한 실패는 잘 기록, 분석하고 과정의 실패 원인을 찾아 내는 것..
그리고 그런 실패를 밝힘으로써 이후에 시행 하는 사람들의 실패를 예방해 주는 것은 실패가 자산이 되는 선진국의 모습입니다.
앞으로 사회에서는 실패를 두려워 하지 않기위해서는 실패를 분석하고 기록하고 실패를 공부하는게 중요해 질겁니다.
사소한 실패에 원인 분석이 된다면 너무 비난해서는 안됩니다.
예전에 실패가 없었던 이유는 그냥 남들 해놓은거 배꼈기 때문이고, 수준이 낮은 기술이라 잘 가르쳐 줬습니다.
이제는 대한민국은 가르쳐 주면 경쟁자가 되는 세상이라 절대 그렇게 안해 주고, 우리가 뚫고 나가야 하는데 인구도 적고 자원이 적은 나라에서 효율적으로 하려면 반드시 실패를 모으고 분석하고 공부해야 합니다.
그리고 합당한 실패는 절대 비난해서는 안되고 잘 분석된 실패는 학문적으로나 기술적으로 인정해 줘야 합니다.
한국이 혼자서 절대 우주정복은 못하겠지만 가장 잘 이용하는 국가가 되어가길 바랍니다.
어린시절 제가 밤하늘과 책을 보고 꿈꾸던 과학자의 길을 가는 외나로도의 과학자분들에게 경의를 표합니다.
감사합니다.
조만간 브라질이나 대만이 우리보다 먼저 북한 다음으로 스페이스 클럽 가입하겠네요
이걸 어떻게 다 제어하는지
공돌이에게 항상 감사합니다.
화이팅
미국은 대체 ㅎㄷㄷㄷ