로켓 노즐 냉각 채널 밀봉을 위한 첨단 클래딩 및 적층 증착 기술

저비용 대형 액체 로켓 엔진에 재생 냉각 노즐을 적용하면 우주 접근의 신뢰성을 높이고 비용을 절감할 수 있습니다. 고압 냉각제가 노즐 내 채널 뱅크를 순환하며 노즐 벽을 적절히 냉각해 고온을 견디고 고장을 방지합니다. 복잡한 노즐 채널을 저렴하게 제조하고 마감하는 것은 오랜 과제였습니다.

NASA 마셜은 노즐 라이너 외피를 제작해 채널을 밀봉하고 고압 냉각제를 가두는 견고하고 간소화된 적층 제조 기술을 개발했습니다. 레이저 와이어 직접 밀봉(LWDC) 기능은 노즐 제작 시간을 단축하고 빌드 중 실시간 검사를 가능케 합니다.

LWDC 기술은 외부 라이너가 내부 라이너에 융합돼 냉각제를 가두는 개선된 채널 벽 노즐을 구현합니다. 이는 수년간 석유·가스 산업과 항공우주 부품 수리 산업에서 쓰여온 대형 클래딩 기술을 기반으로 합니다. LWDC는 와이어 프리폼 레이저 증착을 활용해 제자리에서 형상을 만들고 냉각 채널을 밀봉합니다. 내부 구리 라이너에 슈퍼합금 외피를 입힌 이종 금속 부품 제작이 가능합니다.

LWDC는 한 소재로 만든 라이너를 중간 소재로 클래딩해 채널 슬로팅을 위한 기본 구조를 만드는 것으로 시작합니다. 로봇 및 와이어 기반 융합 적층 용접 시스템이 라이너 외부에 자유형상 쉘을 만듭니다. 베이스에서부터 쌓아 올리며 회전 용접 헤드가 와이어를 감아 레이저가 슬롯된 라이너 둘레를 따라 돌면서 냉각 채널을 마감합니다. 이는 두 소재 계면에서 신뢰성 있고 반복 가능한 접합을 만듭니다. LWDC 와이어와 레이저 공정은 슬롯된 라이너가 완전히 마감될 때까지 각 층마다 계속되며, 냉각 채널 내부에 별도 필러가 필요 없습니다.

한 변형은 이종 금속 부품(구리/슈퍼합금 등)을 가능케 해 필요한 곳에 소재를 최적화합니다. 제조 공정은 일련의 다른 합금에서 시연되었습니다. 핫파이어 테스트에서 부품은 극한 연소실 온도와 압력 조건에 1,000초 이상 노출됐습니다. 핫파이어 테스트 품목의 미세조직 검사 결과 냉각 채널 마감 접합부가 신뢰할 만하고 냉각 채널 변형이 매우 적음이 확인되었습니다.

NASA는 이 기술 상용화를 위한 라이선시 적극 모색 중입니다. NASA 라이선싱 컨시어지(이메일 주소는 스팸봇으로부터 보호 중, 자바스크립트 활성화 필요) 또는 202-358-7432로 연락해 라이선스 논의를 시작하세요. 자세한 정보는 여기를 참조하세요.