【지구과학】 4-1강. 우주 산업

4-1강. 우주 산업

 

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1. 우주 산업 [본문]

2. 우주 기술 개요 [본문]

3. 보잉 [본문]

4. SpaceX [본문]

5. 블루 오리진 [본문]

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1. 우주 산업 [목차] 

⑴ 시장 규모

① 투자 규모 추이 

 

Space Venture Funding (2021) by Bryce Tech

Figure. 1. 우주 산업 투자 규모 추이

 

○ SpaceX : $1.8 billion (발사체, 우주인터넷)

○ OneWeb : $1.5 billion (우주인터넷)

○ Sierra Space : $1.4 billion (재활용 우주왕복선, inflatable habitat)

○ Relativity Space : $650 million (3D 프린트 소형 발사체)

○ ABL Space System : $370 million (소형 발사체)

② fiscal year 2020: 0.36% of U.S. budget committed to space

③ 2019년에 우주 산업은 366 billion USD 수익을 창출함 : 주로 인공위성 및 국방산업 

⑵ 비행 스케줄

① startup 

② liftoff : 이륙

③ max-Q : 로켓이 최대 압력을 받는 시점

④ parking orbit

⑤ booster enginer cutoff

⑥ main engine cutoff

⑦ fairing deploy

⑧ boosters land

⑨ stage 2 shutdown

⑩ core lands

 

 

2. 우주 기술 개요 [목차]

⑴ Sputnik1 : 최초로 궤도에 오른 소련 우주비행선

⑵ Yuri Gagarin

① 1961년, 소비에트 연방에서 발사된 첫 유인 우주 비행 임무 : 지구 궤도 비행 

② 계획에는 캡슐이 격렬하게 추락하기 전에 탑승자가 탈출하여 지상으로 낙하산을 타고 내려오는 것이 포함됨

⑶ 아폴로 프로젝트 : 인류의 달 착륙 프로젝트

① 현재 달에 인류를 보낸 국가는 미국이 유일함 

② 아폴로 프로젝트에 Saturn V가 사용됨

③ 아폴로 9호(Apollo 9) : 달 착륙선과 함께 운용된 사령선 중 최초의 유인비행선

④ 아폴로 11호(Apollo 11) : 1969년 7월 20일 최초로 인류가 달에 착륙

⑤ 아폴로 11호를 포함하여 아폴로 12호, 14호, 15호, 16호, 17호 (1972년) 총 6번 성공 : 아폴로 13호는 실패

⑷ Salyut 1 : 1971년 4월 19일 소련에서 발사된 최초의 우주정거장

⑸ 국제 우주정거장(ISS, international space station)

① 2000년 이후부터 유일하게 완전 기능을 갖츤 우주정거장

② 2030년까지 운영

③ 최근에 러시아가 2024년에 탈퇴할 것이라고 발표함

⑹ 보이저

① 보이저 1호(Voyager 1)

○ 발사일 : 1977년 9월 5일 

○ 2012년 8월 25일 최초로 인류가 만든 물체가 태양계 밖으로 나감

○ 태양으로부터 121 AU 떨어진 heliopause를 통과함

② 보이저 2호(Voyager 2)

○ 발사일 : 1977년 8월 20일

⑺ Parker Solar Probe

① NASA에서 만들어진 로봇 우주비행선으로 2018년에 발사됨

② 태양의 코로나 부분을 측정

⑻ 화성 탐사선 

① NASA에서 만든 로봇 화성 탐사선이 유명함

② 종류 1. robotic spacecraft

③ 종류 2. orbiter

④ 종류 3. lander

⑤ 종류 4. rover : Sprit, Opportunity가 대표적인데 이들은 당초 계획된 90일보다 훨씬 오래 미션을 수행함

⑼ Chan'e-4 : 최초로 달 뒷면에 착륙

 

Figure. 2. 인류의 달 착륙 지점

 

⑽ 로켓 규모 비교 

○ Black Arrow : 13 m

○ Electron : 17 m

○ Minotaur 1 : 19.2 m

○ Atlas SM-65 : 26 m

○ Atlas LV-3B : 28.7 m

○ 스푸트니크(Sputnik) (8K71PS) : 30 m

○ Vega : 30 m

○ Vostok 8K72K : 30.85 m

○ Titan 2 : 31.4 m

○ Delta 2 : 39 m

○ GSLV MK-3 : 43.4 m

○ 소유즈(Soyuz) MS-05 : 45.6 m

○ 누리호 : 47 m, 추력 300톤

○ Ariane 5 : 50.5 m

○ H-2A : 53 m. 일본

○ Long March 3B : 54.8 m

○ Space Shuttle : 56.1 m

○ H-2B : 56.6 m. 일본

○ Energia + Buran SpaceCraft : 58.7 m

○ Angara A5 : 64 m

○ Falcon 9 : 70 m. SpaceX 

○ Falcon 9 Heavy : 70 m. SpaceX

○ Delta 4 Heavy : 72 m

○ Ares 1 : 94 m

○ N1/L3 : 105.3 m

○ Saturn 5 : 110.6 m

○ 높이 : 363'

○ payload 무게 : 40톤 이상

○ 추력 : 7.5M lbs (3400톤)

○ 엔진 : 10 (5, 4, 1)

○ stage : 3

○ 연료 유형 : 케로신 LH2 / LOX

○ SLS block 1B : 110.9 m

○ 높이 : 364'

○ payload 무게 : 40톤 이상

○ 추력 : 8.8M lbs 

○ 엔진 : 10 (2, 4, 4)

○ stage : 2 + SRBs

○ 연료 유형 : solid fuel LH2 / LOX

○ Ares 5 : 116 m

○ Starship : 118 m. 직경 9 m. SpaceX 

 

Figure. 3. 로켓 발사 비용 추이

 

⑾ 로켓 발사 실패 원인

 

출처 : 이미지 클릭

Figure. 4. 로켓 발사 실패 원인

 

 

3. 보잉 [목차]

⑴ 보유 기술 

① Boeing 737

○ 가격 : $90M

○ 탑승 승객 : 180명

○ 1회용인 경우 인당 가격 : $500,000

○ 재활용인 경우 인당 가격 : $43 (LA ~ 라스베이거스)

○ 연료 가격 : $10

 

 

4. SpaceX : 2002년에 설립 [목차]

⑴ 창업자 : 엘론 머스크(Elon Musk) 

① physics

② economics

③ 현재 세계 부호 1, 2위를 다툼

⑵ 보유 기술 

① Falcon 1 : 2006-2009

○ orbit earth 

○ 21 m

○ 2 stage

○ 28000 kg mass

○ 180 kg payload to LEO

○ 450 kN first stage thrust

○ 31 kN second stage thrust

○ 총 4번 발사를 했는데, 3번은 실패하고 마지막 1번은 성공함

② Falcon 9 : 인공위성 발사 등에 활용

○ Payload to LEO : 22.6 tons (expendable) 

○ Payload to LEO : 15.6 tons (reusable)

○ Payload to GTO : 8.3 tons (expended)

○ Payload to GTO : 5.5 tons (partially reused)

○ Payload to MARS : 4 tons

○ expendable second stage

○ separate fairing system

○ only surface refueling

○ turnaround time > 24 hours

③ Falcon 9 version 1.0 : 2010-2013

○ 48 m

○ 2 stage

○ 333400 kg mass 

○ 10450 kg payload to LEO

○ 4910 kN first stage thrust 

○ 445 kN second stage thrust

○ dragon capsule 

○ 6.1 m

○ 4200 kg mass

○ 6000 kg payload to ISS

④ Falcon 9 version 1.1 : 2013-2016

○ 68 m 

○ 2 stage

○ 505846 kg

○ 5885 kN first stage thrust

○ 716 kN second stage thrust 

⑤ Falcon 9 full thrust : 2015-2022

○ reusable rocket 

⑥ Falcon 9 block 5 : 2017-2022

○ 71 m 

○ 7607 kN first stage thrust 

○ 934 kN second stage thrust

○ 549000 kg mass 

○ 22800 kg payload to LEO

⑦ Falcon heavy : 2018-2019 

○ 70 m 

○ 2.5 stage 

○ 1420000 kg

○ 63800 kg payload to LEO 

○ 22800 kN first stage thrust 

○ 934 kN second stage thrust 

⑧ Starship : 2022

○ 120 m (total) = 70 m (super heavy) + starship (50 m)

○ 2 stage

○ 5000 ton mass

○ Payload to LEO : +100 tons

○ Payload to GTO : 21 tons (without refueling)

○ Payload to GTO : + 100 tons (with refueling)

○ Payload to MARS : +100 tons (with refueling)

○ 72000 kN first stage thrust

○ 12000 kN second stage thrust 

○ fully reusable second stage

○ integrated fairing system

○ surface and orbital refueling

○ rapid turnaround time

○ 화물 수송 등에 활용

⑨ 랩터 엔진 

○ VELO3D 3D 프린터 사파이어XC 도입 등으로 인하여 스페이스X는 현재 약 12시간만에 RAPTOR 엔진 1기 자체 생산

⑶ 추진 프로젝트 

① Starlink

○ 인공위성을 통해 인터넷을 보급. 기존 해저 케이블보다 2배 더 빠름. 오지, 전쟁 상황 등에도 인터넷 보급 가능

○ SpaceX 흑자 전환의 1등 공신

○ LEO(low-earth-orbit) 위성들로 인해 기존 위성 ISP(internet service provider)보다 더 빠르고 정확함

② DARPA 프로젝트 : 활주로가 필요 없는 수직 이착륙 기술이 있으므로 지구 상의 지점들을 오가며 군사 미션을 수행 가능

③ 아르테미스(Artemis) 프로젝트 (2022 ~)

○ 아르테미스는 아폴로의 쌍둥이 여자 형제이므로 아폴로 프로젝트의 귀환이라는 성격이 있음

○ 달에 인류를 다시 한 번 더 보낸다는 NASA의 프로젝트의 일환으로 세 개의 공모사 중 하나인 SpaceX가 최종 선정

○ 근본적으로는 화성 탐사의 전제의 성격을 가지고 있음

○ 단계 1. space launch system (SLS)

○ 단계 2. the provisional crygenic propulsion stage (ICPS)

○ 단계 3. orion crew module (CM)

○ 아르테미스Ⅰ: 미국 케네디 우주센터에서 유인캡슐 '오리온'을 실은 로켓을 발사. 테스트 비행 (22.09.02)

○ 아르테미스Ⅱ : 달 착륙 없는 유인 프로젝트. 4명의 우주인이 탑승. 2024년

○ 아르테미스Ⅲ : 달 착륙까지 하는 유인 프로젝트. 여성과 유색인종이 처음으로 포함됨

 

Figure. 5. 달 착륙 과정

 

④ 우주정거장 미션 수행

⑤ 우주 여행 사업 

⑥ 지구상 초고속 여객사업 

⑦ 인공위성 수송

⑧ 우주망원경 수송 : James Webb Space Telescope와 관련

⑷ 내부 정책

① SpaceX는 미국 영주권자 혹은 시민권자만을 채용 (ref)

② 취지 : 보안상의 이유, 기술 유출 방지 

 

 

5. 블루 오리진(blue origin) : 2000년에 설립 [목차]

⑴ 창업자 : 제프 베조스(Jeff Bezos) 

 

입력: 2022.03.05 12:36

수정: 2024.02.12 12:14