스페이스 클럽 Aerojet Rocketdyne, ULA 마크 RL10 로켓 엔진 60주년 기념

[우주센터]

Atlas V의 이중 엔진 Centaur 상단 스테이지가 앨라배마주 디케이터에 있는 공장에서 거의 완성되었습니다. RL10 엔진은 2023년 11월 27일에 비행 60주년을 맞았습니다. 이미지: United Launch Alliance
긴 역사를 지닌 로켓 엔진이 월요일에 큰 이정표를 세웠습니다. 1963년 11월 27일 Cape Canaveral에서 진수된 Centaur 상부 스테이지에 수소 연료 RL10 엔진이 처음 선보인 지 60년이 되었습니다.

첫 번째 발사로 현재 Aerojet Rocketdyne에서 제조하고 있는 RL10 엔진은 우주에서 발사되는 액체 수소와 액체 산소의 조합으로 구동되는 최초의 엔진이 되었습니다. 이 이정표는 존 F. 케네디 전 대통령이 암살된 지 불과 5일 만에 미국에게 매우 중요한 시기에 이루어졌습니다.

60년 전 그 이후로 522개의 RL10 엔진이 우주로 비행했으며, 그 중 ULA(United Launch Alliance)의 Delta 및 Atlas 로켓에 탑재된 비행이 가장 큰 비중을 차지했습니다. 이 엔진은 각각 Delta Cryogenic Second Stage와 Centaur 상부 스테이지에 동력을 공급합니다.

ULA의 정부 및 상업 프로그램 담당 부사장인 Gary Wentz는 "Centaur와 RL10을 통해 우리는 사용 중인 다른 상부 단계 설계보다 더 큰 크기와 무게로 우주선을 발사할 수 있게 되었습니다."라고 말했습니다. 중요한 단계. "그것은 태양, 달, 소행성, [태양계] 시스템의 모든 행성에 환상적인 임무를 전달했습니다."

이 엔진은 1950년대 후반 NASA 루이스 연구 센터의 감독을 통해 Pratt & Whitney에 의해 개발되었으며, 1999년 루이스 필드에 있는 NASA John H. Glenn 연구 센터로 이름이 변경되었습니다. Centaur는 원래 General Dynamics에서 개발되었습니다.

Centaur 상단 스테이지는 1960년대 NASA의 루이스 연구 센터에서 테스트되었습니다. 이미지: NASA
이 조합은 미래 발사체의 추진제 조합으로서 액체 산소와 액체 수소의 실행 가능성을 입증하는 데 도움이 되었습니다. RL10 자체는 계속해서 Saturn 1, Atlas, Titan 및 Delta 로켓에 탑재되어 사용되었습니다.

이 엔진은 NASA와 국방부에서 수직 로켓 착륙을 시연하기 위해 사용한 실험용 준궤도 차량인 DC-X에서도 사용되었습니다.

“60주년을 맞이하게 되어 매우 흥미롭습니다. 이는 지난 수년 동안 Aerojet Rocketdyne과 ULA 사이에 이어진 놀라운 팀워크에 대한 증거이며, 수년 동안 이 제품을 개발한 모든 사람들에 대한 증거이며, 놀라운 디자인은 원래는 1950년대 후반에 설계되었습니다.”라고 Aerojet Rocketdyne의 프로그램 실행 및 통합 담당 부사장인 Jim Maus가 말했습니다.

Maus는 수백 번이 넘는 엔진 비행의 성공에도 불구하고 한 번에 하나씩 발사하는 데 집중한다는 ULA의 모토를 계속해서 의지하고 있다고 말했습니다.

Maus는 “출시일이 다가오면 그날의 출시에 매우 집중합니다.”라고 말했습니다. “그래서 큰 이정표에 도달하면 잠시 물러나서 우리가 이룬 모든 일을 살펴보세요. 그래서 그런 일을 하는 팀의 일원이 된 것은 정말 좋은 일이고, 우리가 60주년을 맞이하게 되어 정말 기쁩니다.”

Atlas-Centaur 2는 1963년 11월 27일에 이륙합니다. 이는 최초의 성공적인 Centaur 발사였습니다. 이미지: NASA
RL10의 진화
현재 사용 중인 RL10에는 ULA Atlas 로켓의 RL10C-1-1과 ULA Delta 4 Heavy 및 NASA 우주 발사 시스템(SLS) 로켓에 사용되는 RL10B-2의 두 가지 변형이 사용됩니다.

후자의 변형은 NRO(National Reconnaissance Office) 임무를 위해 2024년에 발사될 예정인 Delta 4 Heavy 로켓이 하나 더 있기 때문에 수명이 제한되어 있습니다. 단일 RL10B-2는 달에 대한 첫 세 번의 Artemis 임무를 위해 SLS의 ICPS(Interim Cryogenic Propulsion Stage)에도 사용됩니다.

SLS의 최신 버전은 Boeing이 설계한 Exploration Upper Stage를 사용할 예정입니다. 이 엔진은 4개의 RL10C-3 엔진으로 구동되며, 모두 합쳐 97,000파운드(431kN) 이상의 추력을 제공합니다. 비교를 위해 Artemis 1 ICPS의 단일 RL10B-2는 약 24,750파운드(110kN)의 추력을 생성했습니다.

현재까지 Maus는 RL10 엔진에 대해 8번의 주요 업그레이드가 있었다고 말했습니다. 아직 개발 중인 엔진의 다음 주요 버전인 RL10C-X는 곧 출시될 ULA의 Vulcan 로켓의 미래 버전에 동력을 공급하게 될 것입니다.

이 버전의 엔진에서 볼 수 있는 가장 큰 변화는 일반적으로 3D 프린팅으로 알려진 적층 제조 기술을 사용한다는 것입니다.

Maus는 "우리는 이미 적층 가공 인젝터를 사용하여 RL10을 비행하고 있지만 이제는 적층 가공 추력 챔버를 제작하고 있으며 지금 당장 해당 인증을 통과하고 있습니다."라고 말했습니다. "이 엔진은 현재 우리가 사용할 수 있는 보호 기능 중 최고의 성능을 제공할 것이며 RL10의 수명을 미래로 연장할 것입니다."

Aerojet Rocketdyne의 프로그램 실행 및 통합 담당 부사장인 Jim Maus는 모델과 ULA Centaur 상단 무대 앞에 서서 RL10 엔진의 유산에 대해 논의합니다. 이미지: 윌 로빈슨 스미스
Maus는 새로운 생산 기술이 비용 절감 효과도 가져올 것이라고 덧붙였습니다. 그러나 비용 절감의 동인에 대해서는 구체적으로 밝히기를 거부했습니다.

“엔진 챔버 비용이 크게 개선되었습니다. 우리는 또한 그 위에 대형 탄소 실리콘 노즐을 장착하고 있는데, 이는 ISP를 강화하여 우리에게 좋은 성능을 제공합니다.”라고 Maus는 말했습니다. “그리고 터보 기계와 내가 파워헤드라고 부를 것, 엔진의 백본은 우리가 재고의 균형을 맞춰 날아온 것과 동일합니다. 따라서 첫날부터 매우 높은 신뢰성을 계속해서 제공할 것입니다.”

구체적인 발사 날짜는 아직 미정이지만 Maus는 2025년에 ULA Vulcan 로켓에 RL10C-X를 데뷔하는 것을 목표로 하고 있다고 말했습니다. 즉, Maus는 2026년까지 현재 RL10C-1-1 엔진에 대한 주문이 있다고 언급했습니다.

NASA와 ULA 모두 Maus가 설명한 150개 이상의 엔진 백로그를 구동하고 있으며, 이는 레거시 버전과 적층 제조 기능을 갖춘 X-C 변형이 결합된 것입니다. 그는 NASA가 기존 엔진을 더 구매할 것인지, 아니면 향후 Artemis 임무를 위해 적층 제조 기술을 사용하는 엔진을 구매할 것인지에 대해 여전히 결정을 내리고 있다고 말했습니다.

Maus는 Aerojet Rocketdyne이 일반적인 해에 16~18개의 엔진을 생산하지만 생산 라인에 더 많은 적층 가공을 통합하여 매년 최대 40개의 엔진을 생산하고 있다고 말했습니다.

"우리는 연소실을 3D 프린팅함으로써 엔진 비용과 수작업 제작업체에 대한 의존도에 큰 변화를 가져올 수 있다는 것을 빨리 인식했습니다."라고 Maus는 말했습니다. “그래서 스테인리스 스틸 제작에서 3D 프린팅된 구리로 전환하면서 이제 적층 제조를 사용하지 않았다면 만들 수 없었던 형상을 만들 수 있게 되었습니다. 그리고 이제 우리는 ULA가 필요로 하는 대량 생산과 빠른 속도로 엔진을 생산할 수 있게 되었습니다.”

클래식 엔진, 새로운 로켓
한 달도 채 안 되어 ULA는 Vulcan 로켓을 선보일 계획입니다. Vulcan Cert-1이라고 불리는 이 임무는 한 쌍의 RL10C-1-1A 엔진을 사용하여 Centaur 5 상부 스테이지에 전력을 공급하고 Astrobotic의 Peregrine 달 착륙선을 달로 보내는 것입니다.

ULA는 11월 19일 앨라배마 주 디케이터에 있는 공장에서 업그레이드된 Centaur 5를 배송한 후 상부 스테이지를 Vulcan 부스터에 통합했습니다. 임무는 2023년 12월 24일 이전에 비행할 예정입니다.

ULA(United Launch Alliance)는 첫 시험 비행에 앞서 Vulcan Cert-1 부스터 위에 Centaur V 상부 스테이지를 Cape Canaveral 우주군 정거장의 Space Launch Complex-41에 인접한 수직 통합 시설(VIF)로 끌어올립니다. 이미지: ULA
ULA는 12월 상반기에 완전 통합형 Vulcan 로켓이 발사대로 굴러가서 발사되는 것처럼 연료를 공급받는 웨트 드레스 리허설을 준비하고 있습니다. Maus는 Aerojet Rocketdyne 엔지니어들이 연료 공급 테스트 중에 헤드셋을 착용하고 Centaur를 모니터링하고 출시일에 엔진이 냉각 및 조절되는 방식을 모니터링할 것이라고 말했습니다.

Maus는 “엔지니어들이 드레스 리허설 중에 엔진에서 나오는 모든 데이터를 살펴보고 있으며 모든 것이 제대로 진행되고 있다는 것을 실시간으로 거의 이해할 수 있습니다.”라고 말했습니다. "하지만 물론 그 후에는 모든 것이 필요에 따라 수행되었는지 확인하기 위한 데이터 검토가 있을 것입니다."

ULA의 발사 운영 이사 겸 총책임자인 Ron Fortson은 이륙 전날 로켓을 발사대로 굴리고 콘솔에 올라 약 12시간 전에 카운트다운을 시작할 것이라고 말했습니다.

Fortson은 RL10C-1-1A를 Vulcan 차량과 통합하는 것이 순조롭게 진행되었다고 말했습니다.

Fortson은 "우리 생산 시설에서는 모든 것이 순조롭게 진행되었으며 여기에서는 이미 완전히 조립되어 로켓과 연결만 하면 바로 사용할 수 있습니다"라고 말했습니다. “그럼 정말 좋은 활동이군요.”

Fortson은 그와 ULA 팀이 몇 년 안에 RL10C-X 엔진 출시를 위해 노력하면서 Aerojet Rocketdyne과 긴밀히 협력해 왔다고 말했습니다.

Centaur 3와 Centaur 5 상부 단계의 차이점을 보여주는 인포그래픽입니다. 그래픽: ULA
“우리는 설계와 테스트에 있어 그들과 매우 긴밀하게 협력하고 있습니다. 모든 작업이 완료되면 실제로 Vulcan 로켓에 통합할 수 있기를 기대하고 있습니다.”라고 Fortson은 말했습니다. "그리고 물론 우리는 이러한 요구 사항이 무엇인지 측면에서 앞으로 나아갈 모든 임무를 살펴보고 이 새로운 엔진으로 이러한 요구 사항을 충족할 수 있는지 확인할 것입니다."

그는 Vulcan에서 RL10C-X를 데뷔하는 데 필요한 특별한 비행 프로필은 없을 것 같다고 말하면서 "이 엔진은 우리가 필요로 하는 모든 작업을 수행할 수 있을 것입니다."라고 덧붙였습니다.

Fortson은 “우리가 갖고 있는 요구 사항이 무엇이든 이 엔진이 이를 충족할 수 있다고 확신합니다.”라고 말했습니다.

"우리는 비행하는 것과 같은 테스트 철학을 가지고 있습니다. 즉, 엔진은 우리가 테스트하거나 분석할 수 있는 한계 내에서 지상에서 경험한 것만 비행 중에 볼 수 있다는 것을 의미합니다."라고 Maus는 말했습니다. "그래서 우리는 Vulcan 방식에서 엔진이 어떻게 작동하는지 이해하기 위해 지난 몇 년간 모든 테스트를 거쳤습니다."

Maus는 새로운 로켓과 새로운 반복에서 RL10을 비행하기를 기대하면서 또 다른 주요 이정표인 Commercial Crew 및 Artemis 프로그램을 통해 인간을 비행하는 것을 기대한다고 말했습니다.

“우리는 우리가 제공하는 제품의 현실에 대해 우리 팀과 이야기하기 위해 우주비행사를 웨스트 팜 비치의 시설로 데려왔습니다. 승객들이 방 앞에 서서 얼마나 많은 것을 우리에게 이야기하는지 보는 것은 매우 동기 부여가 됩니다. 그들은 우리를 의지하고 있습니다.”라고 Maus는 말했습니다. "그러나 현실은 우리가 신뢰성이 높은 제품을 설계하고 제작했으며 그 신뢰성이 입증되었다는 것입니다."

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