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by 대륙엠 Jun 01. 2022

[스페이스엑스]15.팰컨 9 v1.2(FT)로켓

지구상 최강의 무결점 로켓으로 진화하는 스페이스엑스사 로켓 팰컨9

스페이스엑스사의 주력 발사체, 팰컨 9 로켓. 팰컨 9 로켓의 끝판왕을 지금부터 소개하고자 한다. 바로 팰컨 9 v1.2 (Full Thrust)다. 팰컨 9 v1.2는 팰컨 9 로켓의 마지막 버전이자, 현재 열심히 운영 중인 (발사 중인) 모델이다. 지금까지 본 브런치를 통하여 소개했던 모든 스페이스엑스사의 로켓들은 모두 과거에 제작되어 발사된 모델임에 반하여, 팰컨 9의 블록 5(블록1부터 5까지 업그레이드됨) 로켓은 현 시점에서도 지속적으로 발사를 하고 있다. 특히 팰컨 9 블록 5 1단 부스터의 특정 모델(B1062?)은 10회 이상의 재사용(수거 후 재발사)까지 수행하였다. 지금의 스페이스엑스사를 하드캐리하고 있는 팰컨 9 v1.2 (FT) 시리즈를 한번 살펴보자.

15.1 팰컨 9 v1.2(Full Thrust) 로켓 (Block3)

팰컨 9 v1.2 로켓은 2014년부터 2015년까지 개발되었고, 2015년 12월에 첫 발사를 진행하였다. 특히 기존의 팰컨 9 v1.1 로켓에 비하여 정지천이궤도(GTO)까지 위성을 실어나른 뒤 해상의 드론쉽에 착륙할 수 있는 능력을 가지도록 업그레이드하는 것이 팰컨 9 v1.2 로켓의 목표였다. 그래스호퍼 로켓, 팰컨 9 v1.1 1단의 재사용을 위한 해상착륙시도 등을 통하여 획득한 문제점들을 모두 보완하여 개발한 팰컨 9 v1.2의 주요 특징은 아래와 같다.

1) 추력 및 충전양 증가를 위하여 과냉각(sub-cooled)된 액체산소(일반적으로 -182도. 과냉 액체산소는 -206.7도. 과냉으로 인하여 액체산소의 밀도가 높아지기때문에 기존보다 많은 양을 충전할 수 있음) 및 케로신(일반적으로 15도 ~ 25도. 미국은 RP(Rocket Propellant)-1 이라는 고도로 정제된 무독성 로켓추진제용 케로신(등유)을 사용. 상온 보관 후 발사를 앞두고 로켓의 연료탱크로 충전하는데, 많은 연료를 충전하기 위하여 케로신을 -6.6도까지 온도를 낮춰 밀도를 높임) 사용

2) 멀린 1D의 추력이 1)의 영향으로 대폭 향상(기존 멀린 1D는 74.8톤이었으나, 과냉각 추진제 사용으로 인하여 멀린 1D +에서는 93톤까지 증가)

3) 1단 그리드핀, 랜딩레그 업그레이드

4) 1단 구조체 업그레이드

5) 중량감소, 인터스테이스(1단과 2단 사이) 구조 강화 및 길이 증가, 단분리 중앙푸셔 추가 등

위와 같은 업그레이드를 통하여 팰컨 9 v1.2 로켓의 총 길이는 정확하게 70미터에 도달하였고, 기존 대비 약 33% 이상의 성능 향상을 이뤄냈다. 특히 멀린 1D 엔진의 추력 중량비(Thrust to Weight Ratio)는 180에 도달하여 1단 재사용을 위한 더없이 좋은 조건을 달성하였다(가벼운데 성능은 좋은 엔진). 이정도 성능의 1단이라면 1단 만으로도 지구저궤도에 도달할 수 있을 정도다.

15.2 인류 로켓 개발사 최초의 로켓 1단 육상 회수 성공

팰컨 9 v1.2 로켓은 2015년 12월 22일 플로리다 케이프 캐나버랄 센터에서 오비콤 위성을 탑재하고 성공적으로 발사하였으며(팰컨 9 시리즈의 20번째 발사), 1단 부스터가 발사대 인근의 착륙장으로 성공적으로 되돌아오는 쾌거를 달성하였다. 인류 로켓 개발 역사상 최초의 1단 회수 성공이었다.

회수된 1단은 이듬해(2016년) 1월에 static 연소시험(1단부를 고정시켜놓고 진행하는 연소시험)을 진행하였고, 9기의 엔진 중 1기에서 추력이 일정하지 않다는 것 외에는 모두 정상임을 확인하였는데, 추력이 일정하지 않았던 원인은 파편으로 인한 손상이라고 밝혀졌다. (현재 처음으로 회수한 1단은 스페이스엑스사의 본사가 위치한 LA 호손에 영구 전시되어있음. 아래 사진)

15.3 인류 로켓 개발사 최초의 로켓 1단 해상 회수 성공

팰컨 9 로켓 시리즈의 20번째 테스트에서 인류 로켓 개발사에서 최초로 1단 부스터를 육상에서 회수에 성공하였으나, 안타깝게도 21번째(팰컨 9 v1.1의 마지막 발사이자 해상회수 시도), 22번째(팰컨 9 v1.2의 첫 해상회수 시도)에서 연속으로 1단 회수에 실패했다. 그리고 팰컨 9 로켓 시리즈의 23번째 발사이자, 팰컨 9 v1.2(FT)의 세번째 발사는 국제우주정거장으로 화물을 이송하는 CRS의 8번째 발사였다(이름하여 SpX-8).

SpX-8은 2016년 4월 8일 스페이스엑스사의 팰컨 9 v1.2(FT)를 이용하여 케이프 캐나베럴 센터에서 발사되었다. 약 3.1톤의 화물을 싣고 국제우주정거장으로 드레곤 화물우주선을 보내는 것인데, 드레곤 화물우주선은 1단과 분리 후 이틀 뒤인 4월 10일 성공적으로 국제우주정거장과 도킹에 성공하였다. 이제 드레곤 화물우주선과 분리 후 다시 지구로 재돌입하는 팰컨 9 v1.2의 1단 부스터의 회수 여부가 중요한데, 지금까지 스페이스엑스사의 해상 드론쉽 착륙은 모두 실패하였다. 하지만 드디어 이번 2016년 4월 8일 인류 로켓개발사 최초로 해변에서 약 300km 떨어진 대서양에서 로켓 1단 부스터의 해상 드론쉽(Of Course I Still Love You) 착륙에 성공하게 된다(블록명 B1021). 그리고 회수된 1단은 후일 2017년 3월 30일 SES-10 위성을 싣고서 다시 성공적으로 발사하게 되었고, 당연히 해상회수에 또다시 성공했다.