항공우주산업 전담 변리사의 소형 발사체 특허 분석
(주)페리지에어로스페이스 로켓 추진 장치 특허 분석
안녕하세요. 아이피렉스 특허법률사무소, 김용덕 변리사입니다.
최근 항공 우주 산업과 관련된 고객들을 많이 만나게 되었습니다. 따라서, 오늘은 항공 우주 산업에서 사용되는 발사체에 대해서 살펴보겠습니다.
발사체 종류
발사체는 소정의 임무를 달성하는 탑재물(인공위성 등)을 지상으로부터 특정 궤도에 올려놓는 것을 목적으로 하는 운반수단입니다. 이러한 발사체는 대형 발사체와 소형 발사체로 나눠질 수 있습니다.
대형 발사체는 많은 수의 위성을 여러 대 모아 가장 일반적인 궤도로 수송합니다. 대형 발사체를 이용하여 일반적인 궤도로 위성을 수송하는 경우 비용이 저렴하다는 장점이 있습니다. 하지만, 라이드쉐어를 이용하는 고객이 많다 보니 태양 동기궤도로 위성을 수송할 수 있는 티켓은 2025년 4분기 이후까지 밀려 있다는 단점이 있습니다. SpaceX의 Falcon 9이 대형 발사체의 대표적인 예입니다. SpaceX는 스타링크를 위한 군집위성 발사를 수행하면서 발사체(Falcon 9)의 남는 공간에 소형 위성을 탑재하여 원하는 궤도로 실어 나르는 프로그램(Rideshare)를 운영하고 있습니다. 발사체 시장에서 가장 높은 점유율을 보유한 곳이 SpaceX입니다.
한편, 소형 발사체는 초소형 인공위성 고객들이 경사각과 고도, 지방시를 직접 정하여 최적의 궤도로 위성을 수송하는 것을 목적으로 하는 발사체입니다. 소형 발사체는 고객이 원하는 최적의 궤도로 소형 군집 위성을 수송할 수 있다는 장점이 있고, 발사 대기 시간이 짧다는 장점이 있습니다. 하지만, 그 비용이 대형 발사체를 이용하는 것 보다 비싸다는 단점이 있습니다. RocketLab의 Electron이 소형 발사체의 대표적인 예입니다. 발사체 시장에서 SpaceX 다음으로 점유율이 높은 기업이 Rocket Lab 입니다.
소형 발사체는 대형 발사체에 비해 동일 체적 대비 더 넓은 표면적을 가지기 때문에 엔진은 더 많은 연소 에너지를 요구하며, 소형 동체는 체적 대비 더 많은 공기 저항에 노출됩니다. 따라서, 대형 발사체보다 소형 발사체를 개발하는 것이 더 어렵습니다.
국내에서 소형 발사체를 개발하는 기업은 하이브리드 로켓(연료는 고체 산화제는 액체 또는 기체를 사용)을 이용하는 발사체를 개발하는 이노스페이스와 액체 추진제(연료 및 산화제가 액체)를 이용하는 발사체를 개발하는 페리지에어로스페이스 이렇게 2곳뿐입니다.
이노스페이스는 고체 연료의 구조와 관련된 특허, 단열 탱크 구조와 관련된 특허, 전력 안정화 장치와 관련된 특허 등 총 7개의 출원 특허과 2개의 등록 특허를 보유하고 있습니다. 그리고, 페리지에어로스페이스는 로켓 엔진의 추진 장치와 관련된 특허, 엔진 시동 및 추력 조절 방법과 관련된 특허 등 총 5개의 등록 특허를 보유하고 있습니다.
오늘은 페리지에어로스페이스 사의 특허를 살펴보면서 페리지에어로스페이스 사의 소형 발사체에 대해 분석하도록 하겠습니다.
출원 번호: 10-2019-0110911
등록 번호: 10-2300963
본 발명은 액상으로 저장되는 산화제 및 연료를 분사하여 연소가 이루어지는 액체 추진제 로켓 엔진의 추진장치와 관련된 특허입니다.
본 특허의 독립항은 다음과 같습니다.
액체 추진제 로켓 엔진의 추진장치에 있어서,
액체 추진제가 유입되는 본체; 및
상기 본체의 프레임 내부에 삽입되어 위치하는 인젝터를 포함하고,
상기 인젝터는 프레임으로 구성되고 상기 인젝터의 프레임의 내부에 의해 인젝터 코어가 정의되며- 상기 인젝터 코어는 제1 축을 따라 연장 형성됨 -,
상기 본체는 상기 인젝터 코어와 동축으로 연결되는 점화기를 포함하되,
상기 점화기는 점화용 액체 추진제가 유입되는 점화용 추진제 유입구, 상기 점화용 액체 추진제를 점화하는 점화기 스파크 플러그, 상기 점화용 액체 추진제의 점화에 따라 화염이 발생되는 공간인 부 연소실 및 상기 화염이 분출되는 배기구를 포함하고,
상기 인젝터는 상기 인젝터 코어에 연결되어 상기 화염을 배출하는 복수의 배출구를 포함하고- 상기 복수의 배출구는 상기 제1 축에 직교하는 제2 축을 따라 연장 형성되고, 상기 제2 축 상에서 상기 화염을 서로 다른 방향으로 배출하는 제1 배출구 및 제2 배출구를 포함함 -,
상기 액체 추진제는 상기 본체의 프레임과 상기 인젝터의 프레임 사이를 이동하여 상기 복수의 배출구와 인접한 영역에서 주 연소실로 배출되되,
상기 점화용 추진제 유입구를 통해 유입된 상기 점화용 액체 추진제는 상기 점화기 스파크 플러그에 의해 점화되고,
상기 점화에 따라 상기 부 연소실에서 발생된 화염은 상기 배기구를 통해 상기 인젝터 코어로 분출되며,
상기 인젝터 코어로 분출된 화염은 상기 인젝터 코어의 타단에 연결된 상기 복수의 배출구를 통해 배출되어, 상기 본체의 프레임과 상기 인젝터의 프레임 사이를 이동하여 상기 복수의 배출구와 인접한 영역에서 배출된 상기 액체 추진제와 상기 주 연소실에서 만나 착화가 이루어지는,
추진장치.
독립항에는 1)인젝터의 구조에 대한 내용과 2) 연소 시 화염이 점화되어 배출되는 경로에 대한 내용이 기재되어 있습니다.
점화 순서를 확인해보면 부연소실에서 점화기 스파크 플러그에 의해 점화용 액체 추진제에 점ㅘ가 이루어지고, 화염은 배기구를 통해 인젝터 코어로 분출되어 배출구를 통해 배출되되, 배출구에서 배출된 화염은 주연소실에서 액체 추진제와 만나 착화가 이루어지게 됩니다.
그리고, 독립항에 기재된 인젝터의 구조를 살펴보면 단일 분사기 형태를 가지고 있으므로 동축 인젝터를 사용하지 않고 핀틀 인젝터를 사용하는 것으로 보입니다.
이와 같이 특허를 보면 해당 기업의 제품의 구조를 역으로 파악할 수 있습니다. 따라서, 기업 입장에서는 핵심적인 기술 중 침해 입증이 쉽고 가능한 기술 내용은 특허로 보호 받고 침해 입증이 어려운 기술 내용은 노하우로 보호하는 것이 좋습니다.
아이피렉스 특허법률사무소는 수년간 여러 기업들의 지식재산권을 처리한 경험에 기초하여 특허로 보호 받아야 하는 기술과 노하우로 보호해야 하는 기술을 구분하여 특허를 확보할 수 있도록 도움을 드리고 있습니다.
그리고, 아이피렉스 특허법률사무소의 김용덕 변리사는 항공 우주 산업과 관련된 기업들의 기술 평가를 수행하는 외부 평가 자문위원으로 활동하고 있으며, 다양한 기업들의 지식재산권(특허, 상표, 디자인) 업무를 전담하고 있습니다.
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