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'''우주왕복선 내열 시스템'''(Space Shuttle thermal protection system, TPS)은 미국 [[우주왕복선 궤도선]]이 대기권 재진입시 과열되어 폭발하지 않게 해주는 시스템이다.
== 역사 ==
시스템의 주목적은 대기권 재진입시 섭씨 1650도, 화씨 3000도의 온도를 견디는 것이다. 부차적 목적은 우주공간에서의 극저온과 태양빛을 받을 때의 고온을 견디는 것이다.

지구 궤도를 돌 때 우주선은 보통 초속 7-12 km(마하 20.58-35.29)의 속도로 움직인다. 이 속도를 줄이기 위해 [[대기권 진입]] 각도를 조정하는데 이 과정에 우주선 표면은 엄청난 충격과 열을 받게 된다. 대기권 재진입 각도가 낮으면 대기권을 뚫지 못하고 그냥 튕겨 나간다. 물위 돌을 던져 튕기는 물수제비의 원리와 같다. 반대로 진입 각도가 높으면 마찰이 커 속도가 너무 느려지거나 과열돼 추락한다. 진입 속도가 초속 8 km(마하 23.52) 정도인 미국 우주왕복선은 1500°C 정도의 열이 발생하고, 초속 12 km(마하 35.29)의 속도로 지상을 향하는 귀환 캡슐의 온도는 무려 1만°C까지 올라간다.<ref>[스페이스]②대기권 재진입이 어려운 이유 : 팰컨9의 재사용, 아시아경제, 2018.02.01.</ref>

2003년 2월 1일, [[컬럼비아 우주왕복선]]가 28번째 임무인 [[STS-107]]을 마치고 [[텍사스주]] 상공에서 대기권 진입 도중 선체의 결함으로 인해 파괴되었다. 내열타일이 일부 떨어져 나갔으며, 곧 과열로 폭발했다. [[컬럼비아 우주왕복선 공중분해 사고]] 참조.

== 내열타일 ==
=== 고온 재사용 표면 단열재 ===
검은색인 고온 재사용 표면 단열재(High-temperature reusable surface insulation, HRSI)는 랜딩기어의 도어 등 셔틀의 하부에 20,548장을 붙였다. 섭씨 1260도, 화씨 2300도까지 견딘다. [[LI-900]] 실리카 세라믹 타일이다.

=== 저온 재사용 표면 단열재 ===
섭씨 649도, 화씨 1200도까지 견디는 흰색 타일이다.

== 비타일 TPS ==
[[파일:Thermal_protection_system_inspections_from_ISS_-_Shuttle_nose.jpg|섬네일|노즈콘의 밝은 회색 패널이 RCC, 하부의 검은색 타일이 [[LI-900]] 실리카 세라믹 타일이다.]]

=== RCC ===
밝은 회색의 패널이며, 섭씨 1510도, 화씨 2750도까지 견딘다. 양쪽 날개 끝부분과, [[노즈콘]]에 부착했다. 궤도선의 날개에는 좌우에 각각 1⁄4-1⁄2 인치 (6.4-12.7 mm) 두께의 RCC 패널을 22개씩 부착했다. 섭씨 1510도의 온도에서는 보호층인 [[탄화규소]](SiC)의 산화 및 열분해 현상이 발생해 사용이 제한적이었다. 우주왕복선 내열 패널은 대기권에 재돌입할 때에는 1600도까지 상승하는 온도를 불과 10cm짜리 두께로 보호했다. [[컬럼비아 우주왕복선]]은 왼쪽 날개의 RCC 패널에서 고온의 가스가 유입되기 시작해서 폭발했다.

초내열 타일을 개발하기 위해서는 적어도 우주왕복선이 대기권으로 들어올 때 우주선이 받는 내열 온도보다 높은 약 2000∼3000도, 지속시간 3∼5분의 조건에 맞춰 실험해야 한다. 이 조건을 맞출 수 있는 유일한 장비가 바로 [[태양로]]이다. 미국은 프랑스의 [[오데이오]]의 [[프랑스 국립과학연구센터]](CNRS)에 있는 1000㎾급 태양로([[:en:Odeillo solar furnace]])를 독점 활용하는 계약을 통해 초내열 타일의 성능을 실험할 수 있었지만 구소련은 태양로를 소홀히 하는 바람에 우주왕복선에서 가장 중요한 내열 타일 개발에 늦어지게 됐다. 물론 구소련이 7년이라는 빠른 시간 안에 우주왕복선을 발사할 수 있었던 것도 그 중요성을 알고 우즈베키스탄에 세운 대형 태양로 덕택이다. 이는 프랑스 [[오데이오]]의 태양로를 모방한 것이었다.<ref>[기고]우주선 자력발사 선결조건은 태양로 개발, 세계일보, 2008-06-18</ref>

2008년 4월 25일, 서울대학교에서 열린 ‘2008 춘계 한국세라믹학회’에서, 우주항공용 세라믹 소재 분야의 거장이자 초고온 내열용 특수 세라믹 타일 개발자인 미국 [[데이톤 대학교]] 명예교수 [[헥트]](Norman L. Hecht)박사는 'NASA 우주왕복선용 세라믹 타일의 역사와 성과 그리고 뜻하지 않은 위험'이란 주제로, 우주산업에 있어서 첨단 세라믹 소재의 절대적인 역할 및 향후 해결되어야만 하는 기술적인 문제점들에 대해 이야기했다.

2016년 8월 24일, 러시아 [[톰스크 대학교]] 연구팀이 기존보다 고온에 견딜 수 있는 내열 세라믹 소재를 개발했다. 현재 개발 최종 단계에 있는 이 세라믹 소재는 재질에 [[탄화하프늄]]과 [[지르코늄]]을 적층한 것으로 최대 섭씨 3000도가 넘는 고온을 견딜 수 있다.

2019년 4월 29일, 중국이 대기권에서 [[극초음속]] 비행시 발생하는 마찰열을 섭씨 3000도 이상에서도 견딜 수 있는 새로운 내열 복합소재를 개발했다고 중국 관영 [[환구시보]]가 보도했다.

2019년 12월 11일, [[한국재료연구원]]은 최근 1700도를 견디는 세라믹 타일을 개발했다. 미국 우주왕복선의 선단부에 붙인 RCC(Reinforced-Carbon Carbon) 소재는 섭씨 1500도를 견디는데, 이보다 우수하다. 한국 최초의 내열소재 개발이다. 탄화규소(SiC)보다 열적 안정성이 우수한 [[탄화 지르코늄]](ZrC)과 [[붕화 지르코늄]](ZrB2)를 적용해 사용 온도를 섭씨 1700도까지 증가시켰다. 개발된 소재는 전북대학교의 고온 플라즈마 풍동(Plasma Wind Tunnel)을 이용해 섭씨 1700도에서 소재의 열적 안정성을 증명했다. 2015년 [[유럽 우주국]]의 우주왕복선 소형 시제품 IXV([[:en:Intermediate eXperimental Vehicle]])이 마찰열 1700도를 견디게 개발되었다.

=== FRSI ===
노멕스 펠트 재사용 표면 단열재(Nomex Felt Reusable Surface Insulation, FRSI)는 흰색의 패널이다. 양쪽 날개 상부에 부착했다. 섭씨 371도, 화씨 700도까지 견딘다. [[노멕스]]는 [[듀폰]]이 1967년 개발한 [[아라미드]] 섬유이다. 아라미드를 처음 개발한 [[듀폰]]사는 파라 아라미드 섬유를 [[케블라]], 메타 아라미드를 [[노멕스]]라는 브랜드로 제작한다.

== 무게 고려 ==
RCC는 가장 높은 내열 성능을 가졌다. 그러나, 무겁다. 그래서 내열 성능은 낮지만, 가벼운 타일들을 많이 사용해야만 했다. 섭씨 1204도까지 견디는 [[LI-900]] 타일은 144.2 kg/m³로 가볍다. 반면에 섭씨 1510도까지 견대는 RCC는 1986 kg/m³로 매우 무겁다. [[마션 (영화)]]에서 주인공이 화성에서 이륙하기 위해 [[노즈콘]]의 내열판을 떼어내는 장면이 나오는데, 매우 무겁다.

== 같이 보기 ==
* [[컬럼비아 우주왕복선 공중분해 사고]]
* [[태양로]]

== 각주 ==
{{각주}}

[[분류:대기권 진입]]
[[분류:우주왕복선 계획]]
[[분류:열 보호]]