[현장적용사례] 한국형발사체(누리호) 엔진 연소시험설비 제어 시스템의 성공적 구축

한국항공우주연구원(KARI)은 로크웰 오토메이션 코리아와의 협업을 통해 엔진 연소시험설비의 제어 시스템을 구축해 연소 시험을 수행했다. 그 결과 누리호를 성공적으로 발사할 수 있었다.

러시아와의 기술 협력으로 발사에 성공했던 나로호와 다르게 한국 독자적인 기술로 한국형발사체 누리호를 개발하기 위해 한국항공우주연구원(KARI)은 로크웰 오토메이션 코리아와 협업했다.

Process control, HMI(Human Machine Interface), Data(HistorianSE & HistorianME), Asset(Assetcentre), Production monitoring and control, Quality management system을 도입해 멀티플 시뮬레이션 기능을 지원했다.

배경
2013년 러시아와의 기술 협력을 통해 발사에 성공했던 나로호와 다르게 올해는 한국형발사체 누리호를 한국의 독자적인 기술 개발로 발사하기 위한 국책 사업이 추진됐다. 로크웰 오토메이션 코리아는 대전 한국항공우주연구원(KARI)의 소형 연소시험설비에 제어시스템을 적용했던 경험으로 2012년부터 한국형발사체인 누리호를 개발하는 프로젝트에 참여했다. 그 후 10년 간 국내 로크웰 오토메이션 코리아 엔지니어들과 한국항공우주연구원 담당 연구원들의 협업을 통해 엔진 연소시험설비 제어시스템 구축 및 액체로켓엔진 연소 시험용 프로그램 개발로 연소 시험을 성공적으로 수행했다.

해결과제
한국형발사체는 75t(톤) 엔진 4개(1단 엔진), 75t 엔진 1개(2단 엔진) 및 7t 엔진 1개(3단 엔진)로 총 6개의 엔진이 탑재됐다. 한국항공우주연구원은 액체로켓엔진을 개발하기 위해 엔진 연소시험설비 구축이 필요했고 안전적으로 연소 시험을 위한 원격 제어, 엔진 제어 요구조건의 신속한 대응 및 비상 상황에서의 문제 해결 등의 고난이도 기술의 제어 솔루션이 필요했다. 이에 한국항공우주연구원은 엔지니어링 역량을 충족하고 신뢰할 수 있는 제어 솔루션을 제공하는 로크웰 오토메이션 코리아를 선택했다.

솔루션
로크웰 오토메이션 코리아가 한국형발사체 시험설비 프로젝트에 참여한 기간은 2012년 4월부터 올해 7월까지다. 총 4개의 프로젝트(1차 연소기 및 터보펌프 시험설비, 2차 3단엔진 연소시험설비, 3차 엔진지상 및 엔진고공 연소시험설비, 4차 추진시스템 시험설비)에 솔루션 제공자 및 엔지니어링 파트너로 참여했다.

고속 데이터 분석, 데이터 저장 관리 및 용량의 최적화, 프로그램 운용 및 관리 등을 위해 Process control, HMI(Human Machine Interface), Data(HistorianSE & HistorianME), Asset(Assetcentre), Production monitoring and control, Quality management 시스템을 도입했고, 이를 멀티플 시뮬레이션이 가능하도록 지원했다.

또한 이중화 ControlLogix PAC, DLR 모듈이 있는 Stratix 네트워크 스위치, FactoryTalk Server & Client, Historian, AssetCentre, Processbook 보고 기능 및 시간 동기화 모듈(1756HP-Time) 등으로 구성된 DCS(분산 제어 시스템)을 적용했다.

로크웰 오토메이션 코리아의 숙련된 하이 레벨 엔지니어들은 제어 시스템을 설계 및 구축하고 신뢰성이 높은 액체로켓엔진 연소 시험용 프로그램을 개발했다. 시험설비들은 제어 통제동과 멀리 떨어져 있기 때문에 원격으로 연소 시험 수행 및 모니터링하기 위한 제어계측실을 구축했고 예상치 못한 비상 상황과 다양한 연소 시험 상황을 시뮬레이션 해 안정적으로 제어시스템을 운용할 수 있도록 비상 정지 시스템 도입 및 유지/보수관리 했다.

로크웰 오토메이션 코리아과 협력한 한국항공우주연구원은 액체로켓엔진을 개발하기 위해 엔진 연소시험설비 제어시스템을 구축했고 연소 시험을 위한 고난이도 기술의 제어 솔루션을 제공 받아 안정적으로 제어시스템을 운용해 연소 시험을 200회 이상 수행했다. 이로 인해 한국형발사체 누리호를 안전하게 발사할 수 있는 한국형 제어 시스템과 기술력을 확보하게 됐다.

로크웰 오토메이션 코리아는 엔진 연소시험설비 제어시스템 구축 및 운용을 통해 제어 시스템 구성, 원격 제어 운용과 비상 상황 발생에서의 신속하고 정확하게 문제 해결을 하는 엔지니어링 기술을 제공하는 파트너임을 재확인 받았다.

로크웰 오토메이션 코리아와 협력한 항공우주연구원(KARI) 한국형발사체개발사업본부 엔진시험평가팀 소윤석 박사는 본 프로젝트 과정과 결과에 대해 호평하고, 누리호 발사 성공 기여에 감사를 표했다.

소윤석 박사는 “로크웰 오토메이션 코리아와 협력해 엔진 연소시험설비의 제어시스템 및 프로그램을 함께 구축함으로써 75t과 7t의 액체로켓엔진을 성공적으로 개발할 수 있었다”며, “2012년부터 적극적으로 문제해결에 도움을 준 훌륭한 로크웰 오토메이션 코리아 엔지니어들 덕분에 신속한 대응이 가능했다”라고 소회를 밝혔다.

또한 “앞으로도 로크웰 오토메이션 코리아의 뛰어난 엔지니어링 및 제어 솔루션을 통해 차세대 발사체에 사용되는 다단연소엔진을 지속적으로 개발할 수 있기를 희망한다”고 덧붙였다.

로크웰 오토메이션 코리아는 이번 누리호 엔진시험설비 프로젝트에서 얻은 경험과 기술을 활용해 한국의 기술을 반영한 한국형 발사체 발사에 적극 기여하고, 국내 항공우주 산업의 발전을 지속 지원할 것이라고 했다.