이노스페이스, 차세대 메탄엔진 'LiMEK-04' 핵심 기술 개발 완료

'국내 최장' 420초 지상연소시험 성공…"이원추진제 재생냉각 메탄엔진 연소기 기술"

금속 적증체조 기반 메탄엔진 연소기의 연소실(좌)과 혼합기(우) 모습. ⓒ 이노스페이스

[프라임경제] 민간 우주 발사체 기업 이노스페이스(462350)는 차기 발사체 '한빛-마이크로(HANBIT-Micro)'의 킥 스테이지(Kick Stage)에 적용될 추력 0.4톤급 액체 메탄엔진 'LiMEK-04'의 핵심 기술 개발을 완료하고, 국내 최장시간인 420초 장시간 지상연소시험에 성공했다고 4일 밝혔다.

이번에 개발을 완료한 '이원추진제 재생냉각 메탄엔진 연소기 기술'은 이노스페이스의 차기 발사체 '한빛-마이크로(HANBIT-Micro)'의 킥스테이지(Kick Stage)에 적용되는 추력 0.4 톤급 액체 메탄엔진 'LiMEK-04'의 핵심 기술이다. 

킥스테이지는 발사체 2단 엔진 연소 종료 후 분리돼 탑재체를 목표 궤도로 정밀 수송하는 우주 추진 시스템이다.

해당 기술은 액체메탄을 연료로, 액체산소를 산화제로 사용하는 메탄엔진에서 두 추진제를 모두 냉각제로 활용해 연소실을 냉각하는 기술이다. 재생냉각은 연소 과정에서 발생하는 초고온 환경으로부터 엔진을 보호하고 안정적인 연소를 유지하기 위한 핵심 기술로, 엔진 성능과 발사체 효율에 직접적인 영향을 미친다.

기존 메탄엔진은 액체메탄만을 냉각제로 사용하는 단일추진제 재생냉각 방식을 주로 적용해 왔다. 그러나 이 방식은 충분한 냉각 성능을 확보하기 위해 높은 추진제 공급 압력이 필요하고, 이로 인해 더 견고한 추진제 탱크와 공급계통 설계를 요구해 중량이 증가하는 한계가 있었다. 

반면 이원추진제 재생냉각 기술은 액체메탄뿐 아니라 액체산소까지 냉각 과정에 활용해 기존 대비 냉각제 유량을 약 3.0~3.4배 높인 것이 특징이다. 이를 통해 상대적으로 낮은 압력 조건에서도 안정적인 냉각 성능을 확보하고, 추진제 탱크와 공급계통을 보다 경량화함으로써 발사체 전체 중량 감소와 탑재 효율 향상에 기여할 수 있는 기술로 평가된다.

김수종 이노스페이스 대표이사는 "발사체는 소형화될수록 중량 민감도가 높아지기 때문에, 소형 발사체 분야에서는 구조 경량화 기술이 탑재 성능과 발사 서비스 경쟁력을 좌우하는 핵심 요소"라고 말했다.

이어 "최근 국내외 민간 우주산업 성장과 함께 소형 우주 추진 시스템 수요가 확대되고 있는 만큼, 이번 기술은 높은 냉각 효율과 경량화 구현이 가능해 향후 재사용 발사체를 위한 메탄엔진 뿐만 아니라 소형위성 궤도 수송용 킥스테이지 및 우주 탐사 추진 시스템 분야 등에서도 폭넓게 활용될 것으로 기대한다"고 전했다.

이노스페이스는 2024년 5월 '한빛-마이크로' 발사체에 적용될 킥스테이지용 추력 0.4톤급 메탄엔진 연소기의 237초 지상연소시험을 성공적으로 수행했다. 

이후 이원추진제 재생냉각 기술을 적용한 성능 고도화 개발을 이어오며, 액체산소(LOx)를 냉각제로 활용하는 과정에서 발생할 수 있는 기술적 위험 요소를 최소화해 안정성을 확보한 바 있다. 

특히 올해 5월에는 국내 최장시간인 420초 장시간 지상연소시험에도 성공해 내구성과 강건성을 확보함으로써 실제 발사체 적용 가능성을 검증했다.

한편 이노스페이스는 지난해 12월 수행한 '한빛-나노(HANBIT-Nano)' 첫 상업 발사 임무의 조기 종료 이후 발사 임무 중단 원인을 규명하고, 관련 부품 개량 및 공정 고도화를 진행하고 있다. 

이를 바탕으로 현재 우주항공청(KASA)의 발사 허가를 위한 심의를 진행 중이며 최종 발사허가를 거쳐 올해 3분기 내 후속 발사를 추진할 계획이다.