로켓랩, 차세대 복합소재 '뉴트론' 로켓 공개: 설계, 소재, 재사용성 상세 공개

로켓랩, 차세대 복합소재 뉴트론 발사체 상세 공개

발사 및 우주 시스템 기업 로켓랩 USA(Rocket Lab USA, Inc., 미국 캘리포니아주 롱비치)가 12월 2일 유튜브 채널을 통해 생중계된 가상 이벤트에서 차세대 복합소재 뉴트론(Neutron) 발사체의 설계, 소재, 추진 시스템 및 재사용성 아키텍처에 대한 새로운 세부 사항을 공개했습니다.

일렉트론의 성공을 바탕으로 한 8톤급 중형 발사체

2019년 이후 연간 미국에서 두 번째로 많이 발사된 로켓으로 보고된 일렉트론(Electron) 발사체 개발 경험을 바탕으로, 첨단 8톤 페이로드급 뉴트론 발사체는 위성 메가 컨스텔레이션, 심우주 임무, 유인 우주비행을 위한 신뢰성 있고 비용 효율적인 발사 서비스를 제공함으로써 우주 접근성을 혁신하도록 설계되었습니다.

세계 최초의 대형 탄소섬유 복합소재 발사체

로켓랩에 따르면 뉴트론은 자사의 궤도 로켓 일렉트론에서 최초로 선보인 탄소섬유 복합소재를 대형 발사체에 적용한 세계 최초의 사례가 될 것입니다. 뉴트론의 구조체는 회사가 공개하지 않은 특수 배합의 새로운 탄소섬유 복합소재로 구성되며, 이는 경량이고 강도가 높으며 발사와 재진입 시 발생하는 엄청난 열과 힘을 견뎌 1단부의 빈번한 재비행을 가능하게 합니다. 신속한 제조 구현을 위해 뉴트론의 복합소재 구조체는 자동 섬유 배치(AFP) 공정으로 제작됩니다.

"뉴트론은 전통적인 로켓이 아닙니다. 신뢰성, 재사용성, 비용 절감이 첫날부터 첨단 설계에 깊이 내재된 새로운 종류의 발사체입니다. 뉴트론은 과거의 최고 혁신과 최첨단 기술 및 소재를 결합하여 미래를 위한 로켓을 제공합니다."라고 로켓랩 창립자 겸 CEO 피터 벡(Peter Beck)이 행사에서 밝혔습니다. "향후 10년간 발사될 위성의 80% 이상이 컨스텔레이션이 될 것으로 예상되며, 이들은 뉴트론이 최초로 구체적으로 해결하는 독특한 배치 요구사항을 가지고 있습니다. 일렉트론 때처럼 전통적인 로켓 설계에서 시작하는 대신, 고객의 니즈에 초점을 맞추고 거꾸로 설계했습니다. 그 결과 시장 수요에 적합한 크기로 빠르고, 자주, 저렴하게 발사할 수 있는 로켓이 탄생했습니다."

테이퍼형 설계와 재사용성 중심 아키텍처

뉴트론의 테이퍼형 설계와 넓고 견고한 하단부는 복잡한 메커니즘과 랜딩 기어가 필요 없도록 하여 재사용성(자주적이고 저렴한 발사, 착륙, 재이륙)을 강조합니다. 현재 설계는 스트롱백(strongback)과 발사 타워 등 부피가 큰 발사장 인프라가 필요 없으며, 자체 다리로 안정적으로 서 있는 상태에서 이륙합니다. 우주에 도달해 뉴트론의 2단을 배치한 후 1단은 발사장에서 추진 착륙하여 해상 착륙 플랫폼 및 운영과 관련된 높은 비용을 없앱니다.

신형 '아르키메데스' 엔진 탑재

뉴트론은 로켓랩이 자체 설계·제작한 신형 로켓 엔진 '아르키메데스(Archimedes)'로 구동됩니다. 아르키메데스는 1메가뉴턴의 추력과 320초의 비추력(ISP)을 갖춘 재사용 가능한 액체산소/메탄 가스 발생기 사이클 엔진입니다. 7기의 아르키메데스 엔진이 뉴트론 1단을 추진하며, 단일 진공 최적화 아르키메데스 엔진이 2단에 탑재됩니다. 또한 뉴트론의 경량 복합소재 구조 덕분에 아르키메데스는 대형 로켓과 그 추진 시스템에서 일반적으로 요구되는 엄청난 성능과 복잡성이 필요하지 않으며, 이는 엔진 단순화로 이어져 개발 및 테스트 일정을 앞당깁니다.

혁신적인 '헝그리 히포' 페어링 설계

그러나 로켓랩이 말하는 뉴트론 설계의 진정한 독창성은 '헝그리 히포(Hungry Hippo)'라 불리는 포획형 페어링 설계에 있습니다. 이 페어링은 1단 구조체의 일부를 형성하며 1단에 고정된 채로 유지됩니다. 기존 페어링처럼 1단에서 분리되어 바다로 떨어지는 대신, 뉴트론의 헝그리 히포 페어링은 입을 벌려 2단과 페이로드를 방출한 뒤 다시 닫혀 1단과 함께 지구로 귀환합니다. 발사대에 착륙하는 것은 페어링이 부착된 완전한 1단으로, 새로운 2단을 통합해 즉시 재발사할 수 있는 상태입니다. 회사 측에 따르면 이 첨단 설계는 발사 빈도를 높이고, 해상에서 페어링을 회수하는 고비용·저신뢰성 방식을 없애며, 2단을 경량화하고 민첩하게 만듭니다.

이 방식의 변경은 2단 설계와 관련된 제약도 제거했습니다. 예를 들어 이륙 시 하층 대기의 가혹한 환경에 노출되는 제약이 사라진 것입니다. 1단 구조체 내부에 완전히 감싸여 있기 때문에 로켓랩은 2단의 무게를 줄일 수 있었습니다. 현재는 소모성 상단으로 설계된 뉴트론의 2단은 단일 진공 최적화 아르키메데스 엔진을 탑재한 6미터 길이의 탄소섬유 복합소재 구조체입니다.

미국 동부 해안 발사장 및 생산 시설 선정 진행 중

로켓랩은 현재 미국 동부 해안의 발사장, 로켓 생산 시설, 아르키메데스 엔진 시험 시설을 선정하기 위한 경쟁 과정을 진행 중입니다. 로켓랩은 뉴트론 프로그램을 지원하기 위해 약 250개의 신규 일자리를 창출할 것으로 예상하며, 현재 많은 직책을 채용 중입니다.