Space X 팰콘 헤비(Falcon Heavy) 로켓

팰컨 헤비(Falcon Heavy)는 지구 궤도 위로 화물을 운반할 수 있으며 부분적 재사용이 가능한 초대형 발사체로, 미국 항공 우주 회사 SpaceX에서 설계, 제조 및 발사하고 있다.

 

팰컨 헤비 로켓은 두 개의 팰컨 9 부스터가 부착된 중앙 코어와 중앙 코어 위에 있는 두 번째 단으로 구성된다. 즉 팰컨 헤비 로켓은 팰컨 9의 구조에 기초하여 개발되었다. 팰컨 헤비는 NASA의 우주 발사 시스템(SLS)에 이어 현재 운영 중인 발사체 중 두 번째로 높은 페이로드 용량(수송량)을 가지고 있으며, SLS, Energia 및 Saturn V에 이어 궤도에 도달하는 로켓 중 네 번째로 높은 용량을 가지고 있다. 또한 팰컨 헤비는 지구 저궤도를 넘어 인간을 우주로 수송할 수 있도록 설계되었다. 다만 스페이스X는 팰컨 헤비에 사람을 태울 의사가 없는 것으로 알려져 있으며 향후 사람의 수송 등과 관련하여 Starship 초대형 리프트 발사체로 대체될 것으로 예상된다.

 

팰컨 헤비 사양

높이 : 70.0 m 지름 : 3.7 m, 너비 : 12.2 m, 무게 : 1,420,000 kg

팰컨 헤비는 지구저궤도까지 최대 63,800 kg의 화물을 수송할 수 있다고 알려져 있으나, 각 로켓의 재사용을 고려하였을 때, 수송량은 50,000 kg로 감소하는 것으로 알려져 있다.

또한 정지궤도까지 수송할 수 있는 최대 무게는 26,700 kg이며, 화성으로 가는 것을 고려하였을 때, 16,800 kg을 수송할 수 있는 것으로 알려져 있다.

그림. Falcon Heavy Rocket 형상(발사전 대기단계)

 

개발과정 등

팰컨 헤비 발사체에는 2003년 처음 논의되었으며, 2005년 팰컨 9 헤비라는 개념으로 불리기 시자했다. 스페이스X는 2011년 4월 워싱턴 D.C에서 열린 기자회견에서 팰컨 헤비에 대한 계획을 공개하였다. 그 후 2013년 최초 발사를 하려고 하였으나, 여러 가지 문제로 2018‘ᅟᅧᆫ 2월 6일 최초로 발사에 성공하였다.

그 후 SpaceX는 약 1년간 5억 달러에서 7억 5천만 달러에 달하는 5건의 상업 계약을 체결할 수 있었고, 2019년 4월에는 두 번째이자 첫 번째 상업 발사를 성공할 수 있었다. 2022년 6월 미국 우주국은 팰컨 헤비가 일급 비밀 위성을 발사했다고 인증하기도 하였다.

 

 

그림. 팰컨9 및 팰컨 헤비의 유닛별 회수(왼쪽), 팰컨 헤빅의 구조

구조

팰컨 헤비는 구조적으로 강화된 팰컨 9을 코어파트로 하며, 양옆에 공기의 저항을 줄이기 위해 전단에 노즈콘을 설치한 2개의 팰컨 9 부스터를 설치한 구조로 되어 있다. 각 로켓에는 9개의 Merlin ID엔진이 장착되어 있으며, 27개의 Merlin ID 엔진에 의해 22.82 MN의 추력을 가진다. 각각의 로켓은 2개가 고장나도 나머지 엔진을 오래 작동시켜 임무를 완료할 수 있는 형태로 되어 있다. 각 로켓엔진은 3개의 컴퓨터로 제어되며, 각 컴퓨터는 2개의 CPU가 장치되어 있어 작동 중 궤적을 조정할 수 있도록 설계되어 있다.

각 로켓의 추진제 탱크 벽과 돔은 알루미늄-리튬 합금으로 만들어져 있다. 로켓의 구조적 안전 마진은 비행 하중보다 40% 높게 설계되었다.

코어 로켓에서 상부와 하부 스테이지를 연결하는 인터스테이지는 탄소 섬유 알루미늄-코어 복합 구조로 재사용이 가능한 분리 콜릿과 공압 푸셔 시스템을 이용한다.

코어로켓은 2단으로 구성되어 있으며, falcon9과 유사한 1단 분리후 1개의 엔진으로 구성된 2단이 화물(패이로드)를 목표고도까지 올릴 수 있도록 구성되어 있다.

코어 로켓 상단에 설치된 노즈콘(화물을 싣을 때 공기 저항으로부터 화물을 분리하고 목표궤도에 도착했을 시 분리되어 화물을 노출시키는 장치, 페이로드 페어링이라고도 부름)은 알루미늄 허니컴 코어에 탄소 섬유 피복을 입혀서 제작된다. 2019년 페어링 역시 지구 대기권에 재진입하도록 설계를 완료하였다.

팰컨 헤비는 "추진제 교차 공급"기능으로 설계되었는데 이것은, 중앙 코어 엔진은 분리 될 때까지 두 개의 측면 로켓에서 연료와 산화제를 공급받는 형태이다. 주로 사이드 부스터에서 연료를 공급받으며 발사 시 모든 엔진을 최대 추력으로 작동하면 사이드 부스터가 더 빨리 고갈되어 더 일찍 분리하여 가속되는 질량을 줄일 수 있다. 이렇게 하면 부스터 분리 후 대부분의 중심 코어 추진체를 사용할 수 있게 된다.

그림. 팰콘 헤지 노즈콘(페어링) 구성 및 설치도면

 

출시 가격

팰콘 헤비의 가격은 2017년~2022년 초까지 지구 저궤도 63.8t(141,000lb) 수송, 지구정지궤도 26.7t(59,000lb) 수송에 1억 5,000만 달러로 명시되어 있다. 이는 지구 저궤도 수송시 kg당 2,350달러(미국), 정지궤도의 경우 kg당 5,620달러(미국) 수준이다. 2022년에 재사용 가능한 수송에 대해 발표된 가격은 9,700만 달러였다. 2022년 NASA는 낸시 그레이스 로만 우주 망원경 발사를 위해 발사 서비스 및 기타 임무 관련 비용을 포함하여 약 2억 5,500만 달러에 SpaceX와 계약을 체결했다.