3D프린터로 만든 에어로 스파이크 로켓 엔진

하이퍼가닉(Hyperganic)이 설계하고 AMCM이 3D프린터로 출력한 에어로 스파이크 로켓 엔진 시제품 사진이다.

지금까지 주류 로켓 엔진은 벨형 노즐을 채택해왔다. 연료를 태워 불어 나오는 가스를 벨과 같은 노즐을 통해 한 방향으로 향하게 해 추력을 얻는 구조인 것. 주위 대기업에 따라 최적 노즐 형상이 바뀌기 때문에 우주 로켓을 만들 때에는 다단식으로 해 지상에서 가깝거나 고고도, 진공 등 주위 환경이 바뀌는 것에 따라 여러 노즐 모양 엔진을 준비해야 했다.

한편 에어로 스파이크라고 불리는 로켓 엔진은 분출하는 가스 한가운데에 삼각형 스파이크를 통과해 가스를 스파이크에 맞추는 것으로 한 방향으로 향한다. 대기압에 관계없이 일정 파워를 낼 수 있기 때문에 이것 하나로 지상에서 우주 공간까지 안정적으로 추력을 낼 수 있다. 다시 말해 엔진을 많이 준비할 필요가 없다는 것이다. 우주 로켓에 응용할 수 있으면 복잡한 다단식 로켓이 아니라 로켓 본체만으로 우주까지 갈 수 있는 SSTO 그러니까 단단식 우주 수송기 실현이 가능해질지도 모른다.

에어로 스파이크 방식은 장점이 많지만 지금까지 실현할 수 없었던 건 물론 이유가 있다. 고온 가스 한가운데에 있는 스파이크가 순식간에 녹아 버린다. 가스 연소와 스파이크 냉각 밸런스를 취하는 건 어려워 지금까지 실현되지 못한 것. 이에 따라 등장한 게 바로 AI를 이용한 설계다.

알고리즘이 가스 연소실, 스파이크 냉각 시스템, 연료 분출 시스템 등을 계산해 요구되는 엔진 크기와 추력으로부터 복잡한 로켓 형상을 도출하는 것이다. 토폴로지 최적화를 이용하고 있기 때문에 마치 생물 같은 구조를 취하고 있다. 또 이 복잡한 형상은 일반 금속 가공 방법으로 제조할 수 없기 때문에 3D프린터로 제좐다. 이 엔진은 구리로 출력하며 총 길이는 80cm 정도다. 물론 이 엔진은 아직 데모이며 지금 로켓에 쓰는 건 아니다. 그럼에도 기술이 발전하게 되면 지금보다 우주가 더 가까워질 것이다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.