이단식 우주 수송기

이단식 우주 수송기 (two-stage-to-orbit, TSTO) 또는 2단 로켓(two-stage rocket)은 우주발사체로, 두 개의 개별적인 단이 연속적으로 추진력을 제공하여 궤도 속도를 달성한다. 이는 3단식 우주 수송기와 가상의 단발궤도선 (SSTO) 발사체 사이의 중간 단계이다.

이륙 시 1단은 발사체를 가속하는 역할을 한다. 어느 시점에서 2단은 1단에서 분리되어 자체 동력으로 궤도로 계속 이동한다.

이러한 시스템이 단발궤도선에 비해 가지는 이점은 발사체 건조 질량의 대부분이 궤도로 운반되지 않는다는 것이다. 이는 구조물과 엔진 질량의 대부분이 분리되고, 궤도로 운반되는 질량 중 탑재량 질량의 비율이 더 커지므로 궤도 속도 도달에 드는 비용을 줄여준다.

3단 이상 시스템에 비해 가지는 이점은 복잡성 감소와 분리 이벤트 감소로, 비용과 실패 위험을 줄여준다는 것이다.

섬네일|right|450px|alt=LEO 임무 프로필을 위한 GLOW 대 구조 계수 플롯.|저궤도 임무 프로필을 위한 단발궤도선 (SSTO) 및 제한된 2단 궤도 발사체 (TSTO)의 구조 계수 및 ISP의 중요성. 델타 v = 9.1 km/s 및 탑재량 질량 = 4500 kg의 저궤도 임무를 기반으로 한 추진제 비추력 범위. GLOW=총 이륙 중량

예시
 역사적
 코스모스-3M
 델타 IV 미디엄
 팰컨 1
 새턴 IB
 타이탄 II GLV
 치클론 2호
 제니트-2 및 제니트-2M
 현재
 아틀라스 V 401 및 501
 일렉트론
 팰컨 9
 벌컨 센타우르
 개발 중
 앙가라 1.2
 스타십
 뉴 글렌
 미우라 5호

이단식 우주 수송기인지 여부는 발사 시 스트랩온 부스터 로켓의 사용으로 인해 항상 명확하지 않다. 이 부스터들은 비행 초기에 분리되며, 코어 엔진이 계속 작동하는 경우 추가 단으로 간주될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 이는 때때로 반 단계로 간주되어, 창정 5B 또는 아틀라스 미사일과 같이 1.5단 궤도선(1.5STO)이라는 표현으로 이어진다. 아틀라스 미사일은 추가 부스터가 장착된 단일 코어 단이었다. 유사하게, 추가 부스터가 있는 2단 설계는 아리안 5 또는 대부분의 아틀라스 V 변형 (401 및 501 제외)과 같이 2.5단 로켓이라고 불릴 수 있다.

재사용 가능한 발사 시스템

재사용 가능한 발사 시스템과 관련하여 이 접근 방식은 종종 단발궤도선(SSTO)의 대안으로 제안된다. 지지자들은 각 단이 SSTO 발사 시스템보다 낮은 질량비를 가질 수 있으므로, 이러한 시스템은 구조 재료의 한계에서 더 멀리 떨어져 건설될 수 있다고 주장한다. 2단 설계는 유지 보수, 테스트가 적게 들고, 실패가 적으며, 더 긴 작동 수명을 가질 것이라고 주장된다. 또한 2단 접근 방식은 하단 단이 압력과 항력이 높은 지구의 낮은 대기에서 작동하도록 최적화될 수 있게 하고, 상단 단은 발사의 후반부인 거의 진공 상태에서 작동하도록 최적화될 수 있게 한다. 이는 동일한 하드웨어를 사용하여 두 환경 모두에서 작동해야 하는 단발 또는 1.5단 발사체에 비해 2단 발사체의 탑재량 질량 비율을 증가시킨다.

비평가들은 상호 작용해야 하는 두 개의 개별 단을 설계하는 복잡성 증가, 1단을 발사 기지로 회수하는 데 관련된 물류, 그리고 2단에 대한 점진적인 테스트를 수행하는 어려움이 이러한 이점을 상회할 것이라고 주장한다. 비행기형 하단 단의 경우 고속 비행기 (예: SR-71)를 개발하고 작동하는 것이 얼마나 어렵고 비용이 많이 드는지도 주장하며, 성능 주장에 의문을 제기한다. 운송기를 1단으로 사용하는 여러 '미니 셔틀' 설계는 연료를 위한 대형 외부 탱크를 운반해야 하는 요구 사항 때문에 우주왕복선과 마찬가지로 얼음/거품 문제에 직면한다.

2023년 현재, 스페이스X와 미국 항공 우주국만이 팰컨 9의 2단 및 팰컨 헤비의 2.5단, 그리고 우주왕복선 고체 로켓 부스터를 통해 궤도 발사체의 1단 재사용을 성취한 유일한 발사 제공자이다. 로켓 랩은 일렉트론 로켓의 여러 1단을 회수했지만, 아직 재비행하지는 않았다.

헬리콥터와 유사한 1단
비행기 같은 작동이 비행기 같은 외형으로 이어지지 않는다는 관점에서, 일부 재사용 가능한 TSTO 개념은 수직 이착륙기 또는 수직 이착륙기 항공기로 작동하는 1단을 가지고 있다. DC-X는 수직 이착륙 옵션 설계가 실현 가능함을 입증했다. DH-1 개념과 같은 다른 설계는 이를 한 단계 더 발전시켜 '팝업/팝다운' 접근 방식을 사용하여, 궤도 단을 지구 표면 위 약 60km 지점까지 전달한 후 다시 발사대로 내려온다. DH-1의 경우, 상단 단은 실제로 더 현실적인 질량비와 신뢰성에 최적화된 '거의 SSTO'이다.

비행기형 1단

일부 TSTO 설계는 비행기와 유사한 1단과 로켓과 유사한 2단으로 구성된다. 비행기 요소는 날개, 공기 흡입 엔진 또는 둘 다일 수 있다. 이 접근 방식은 지구 대기권을 장애물에서 이점으로 전환시키기 때문에 매력적이다. 특정 속도와 고도 이상에서는 날개와 스크램제트가 비효율적이 되며, 로켓이 궤도까지의 비행을 완료하기 위해 배치된다.

쟁거 (우주선)는 이러한 유형의 초기 개념 중 하나였다.

궤도 비행체는 아니지만, 안사리 X 프라이즈를 위해 개발된 성공적인 민간 준궤도 우주선 스페이스십원은 날개 달린 항공기를 "하부 절반"으로 사용하는 2단계 시스템이 우주의 경계에 도달할 수 있음을 입증했다. 스페이스십원 개발팀은 이 기술을 기반으로 상업용 준궤도 발사 시스템인 스페이스십투를 제작하여 비행했다.

페가수스 로켓은 비행기에서 발사되지만, 로켓 구성 요소 자체가 여러 단으로 구성되어 있기 때문에 2단 궤도 시스템은 아니다.

 같이 보기 
 단발궤도선

 각주 

분류:우주발사체
분류:로켓 추진