성균관대 연구팀, 수소추진제 연소 특성 평가기준 제시

수소 추진제의 연소(한국연구재단 제공)© 뉴스1

(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 한국연구재단(이사장 노정혜)은 성균관대학교 권오채 교수 연구팀이 수소 로켓엔진 개발의 기반이 되는 수소 추진제의 연소안정성 평가 기법을 제시했다고 15일 밝혔다.

액체 로켓엔진 안에서 발생하는 추진제의 연소는 복합적 현상으로, 로켓 발사에 성공한 나라에서도 활발히 연구중이다.

국내에서도 한국형 발사체 개발을 위해 케로신 추진제에 대한 연구가 활발하지만 수소 추진제 연구는 더디게 진행되고 있다.

수소 추진제는 케로신에 비해 크고 무거운 로켓엔진을 요구하지만 압도적인 비추력과 탄소를 배출하지 않는 친환경성 때문에 코어엔진이나 상단엔진의 추진제로 일부 국가에서만 상용화됐다. 국내에서도 필요성이 제기돼 왔으나 아직 연구 초기 단계다.

연구팀은 액체 로켓엔진의 작동 조건을 모사하기 위해 최대 60기압에 달하는 고압 모델연소실과 영하 183도의 초저온 액체산소를 공급할 수 있는 추진제 공급장치를 제작, 연소실험을 수행해 수소 추진제의 연소 안정 한계를 측정했다.

연구팀은 온도, 압력, 상(phase), 분사속도 등 여러 조건 변화에 따른 연료의 혼합이나 분무 특성을 분석하고, 화염을 가시화해 연소 특성을 연구했다.

그 결과 화염가시화 데이터를 통해 수정된 Damkohler 수(난류 화염을 이해하는 데 중요한 수)를 제안, 화염이 안정화 될 수 있는 일반적인 기준을 세우고 이를 활용해 연소 영역 선도에 도식화하는 방식으로 평가 도구를 설계했다.


연구진은 이러한 성과가 연소실의 규모, 연료의 분사량, 분사속도, 연료의 종류 등 연소에 관여하는 변수들이 달라지더라도 범용적으로 추진제의 연소 특성을 평가할 수 있는 기준을 제시한데 의의가 있다고 설명했다.

강경인 한국연구재단 우주기술단장은 “비추력이 매우 좋은 수소 추진제를 이용한 액체로켓 관련 연구로 엔진의 연소 특성을 평가할 수 있는 방안이 제시됐다”며 “친환경 고효율 엔진 개발을 위해서는 관련 기초연구들이 보다 폭 넓게 수행될 필요가 있다”고 말했다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 우주핵심기술개발사업의 지원으로 이뤄진 이번 연구 성과는 열역학 분야 국제학술지 '에너지'(Energy)에 지난 8월 1일 게재됐다.