MT 에어로스페이스, 로켓 추진용 첨단 CFRP 수소 탱크 시험 성공

우주 기술 그룹 OHB SE(브레멘)의 자회사인 MT 에어로스페이스 AG(아우크스부르크, 독일)가 미래 유럽 발사체용 탄소섬유 강화 폴리머(CFRP) 상단 단계를 목표로 한 개발에서 중요한 이정표를 달성했습니다. 로켓 엔진용 고성능 CFRP 탱크 프로토타입이 DLR 독일 항공우주 센터의 트라우엔(Trauen, 독일) 시험 시설에서 유럽우주국(ESA)의 ComET 프로젝트(FLPP 프로그램 내)의 일환으로 시험되었습니다.

라이너리스 CFRP 탱크, 극저온에서 구조적 무결성 입증

MT 에어로스페이스에 따르면, 이 CFRP 탱크는 라이너리스(linerless) 구조임에도 불구하고 약 20켈빈(-253°C)의 극저온에서 여러 압력 사이클 동안 구조적 하중 지지 능력과 기밀성을 입증했습니다. "이 시험 결과는 유럽에서 획기적인 성공입니다. 연료 탱크는 모든 추진 시스템에서 안전 핵심 요소이기 때문입니다."라고 MT 에어로스페이스 AG의 CEO 한스 슈타이닝거(Hans Steininger)는 설명했습니다. "우리는 고성능 CFRP 압력 탱크가 극저온 스트레스를 견딜 수 있음을 입증했습니다. 미래에는 CFRP 고성능 탱크 사용이 안전한 로켓 발사를 가능하게 할 뿐만 아니라, 금속 탱크 대비 질량을 크게 줄이는 이점도 활용할 수 있을 것입니다."

다단계 시험 캠페인: 헬륨 누설 시험부터 액체 수소 가압 시험까지

시험 캠페인은 여러 단계로 진행되었습니다. 수소는 특수한 처리와 저장이 필요하며, 회사에 따르면 수소는 20K(-253.15°C, -423.67°F)에서만 액체 상태를 띱니다. 직경 400mm의 시험체 탱크는 먼저 실온과 약 77켈빈(-196.15°C, -321.07°F)에서 헬륨 누설 시험을 거쳤습니다. 이후 액체 수소(LH₂)로 채워졌으며, 충전 후 초임계 LH₂ 압력을 초과하여 가압하여 로켓 비행 시 예상되는 응력 조건을 구현했습니다. 결과적으로 MT 에어로스페이스는 개발·제작한 CFRP 탱크가 극저온 열하중과 동시에 높은 기계적 하중이 결합된 조건에서도 전체 하중 이력에 걸쳐 LH₂ 기밀성 측면에서 명시된 요구사항을 충족함을 성공적으로 입증했습니다. 추가적인 충전 및 배출 사이클도 탱크의 우수한 거동을 뒷받침했습니다.

액체 산소 호환성 추가 검증 및 PHOEBUS 프로젝트 연계

탱크 품질을 확인하기 위해 추가 헬륨 누설 시험이 완료되었습니다. 이는 극저온 조건에서 액체 산소(LOₓ)를 충전했을 때 탱크의 반응을 검증하는 또 다른 시험을 위한 승인 절차였습니다. 이 두 번째 시험 캠페인은 선정된 CFRP 소재가 미래 상단 단계에서 두 매체(액체 수소 및 액체 산소) 모두에 사용하기 적합함을 입증하기 위한 것입니다.

MT 에어로스페이스에게 이 시험 결과는 최근 아리안그룹(ArianeGroup, 브레멘, 독일)이 수주한 PHOEBUS 상단 단계 실증기 프로젝트 프레임워크 내 향후 소재 결정에 탄탄한 기반을 제공합니다. 이 프로젝트는 2022년 말까지 직경 2미터 탱크를 정의, 제작, 시험하여 근접 실물 크기 구조적 상단 단계 실증기 준비를 목표로 합니다.

"시험 결과는 우리에게 매우 고무적입니다. 특히 회사의 CFRP 제조 환경 확장에 대한 최근 투자를 고려할 때 더욱 그렇습니다."라고 MT 에어로스페이스 AG의 발사체 프로그램 책임자 더크 라누쉬니(Dirk Lanuschny)는 말했습니다. 2022년 초 발사체 전형적인 직경의 탱크 생산을 가능하게 할 자동 섬유 배치(AFP) 시설을 언급하며, "PHOEBUS 프로젝트의 일환으로 직경 3.5미터의 상단 단계 실증기용 두 개의 극저온 탱크[LH₂, LOₓ]와 1차 구조물을 제작할 계획입니다."라고 덧붙였습니다.