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고출력 로켓

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블랙록 사막에서 발사되는 고출력 로켓

고출력 로켓(영어: High-power rocketry)은 모형 로켓과 유사한 취미이다. 주요 차이점은 더 높은 임펄스 범위의 모터가 사용된다는 것이다. 미국화재예방협회(NFPA)의 고출력 로켓 정의는 총 중량이 1,500 그램 (3.3 lb)를 초과하고, 125 그램 (4.4 oz) 이상의 추진제를 포함하는 모터 또는 총 임펄스가 160.1 뉴턴 초(40.47 lbf·s) 이상인 모터 또는 평균 추력이 80 뉴턴 (18 lbf) 이상인 모터를 사용하는 로켓이다.

유형

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고출력 로켓은 H부터 O 모형 로켓 모터 클래스에 이르는 상업적으로 이용 가능한 모터를 사용하여 비행하는 로켓으로 정의된다. 미국에서는 NFPA1122 표준이 모형 로켓 지침을 규정하고, NFPA1127은 고출력 로켓에 특화되어 있다. 대부분의 미국 주에서는 NFPA1122가 법적 코드의 일부로 채택되었다. 더 적은 수의 주에서는 NFPA1127을 사용한다.

협회

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트리폴리 로켓 협회와 전미 로켓 협회는 미국에서 이 취미의 주요 승인 기관으로, 회원 인증 및 일반 안전 지침에 대한 기준을 제공한다.

HPR이 지원되는 대부분의 다른 국가에서는 규정이 다음에서 유사하거나 파생되었다. 트리폴리 로켓 협회 통합 안전 규약[1] 및 NAR 고출력 인증 시스템.[2]

호주에는 트리폴리 로켓 협회의 여러 지부가 있다.

캐나다에서는 캐나다 로켓 협회(Canadian Association of Rocketry - L'Association Canadienne De Fuséologie)가 이 취미의 규제 기관으로 지정되어 있다.

뉴질랜드에서 로켓 공예의 통제 기관은 뉴질랜드 로켓 협회(New Zealand Rocketry Association) 또는 NZRA이다.

남아프리카 공화국에서 로켓 공예의 통제 기관은 남아프리카 로켓 조직(Rocketry Organization of South Africa) 또는 Rocketry SA이다.

영국에서는 영국 모형 비행 협회(British Model Flying Association) 또는 BMFA가 관리 기관이며, 영국 로켓 협회(United Kingdom Rocketry Association) 또는 UKRA는 H 등급 이상으로 분류되는 모터 비행에 대한 고출력 협회 역할을 한다.

독일, 오스트리아, 스위스에서는 Interessengemeinschaft Modellraketen이 승인된 HPR 인증 프로그램을 가지고 있으며, 이는 NAR, CAR, UKRA에 의해 상호 인정된다.[3]

인증

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네바다주 블랙록 사막에서 두 대의 고출력 로켓이 이륙하고 있는 모습

미국과 캐나다의 인증

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모형 로켓과 달리, 개인들이 고출력 로켓을 날리기 위해서는 관리 기관의 인증이 필요하다.[4][5][6] 인증 시스템은 취미 및 관리 기관 전체에 걸쳐 표준화되어 있다. 세 가지 인증 레벨이 있으며, 각 레벨은 사용자가 점점 더 큰 모터를 날릴 수 있도록 한다. 미국(TRA 및 NAR)에서는 다음과 같다.

고출력 모터 레벨 및 분류:

유형[7]  총 임펄스 (뉴턴 초)
H 160.1–320.0
I 320.1–640.0
J 640.1–1280.0
K 1280.1–2560.0
L 2560.1–5120.0
M 5120.1–10240.0
N 10240.1–20480.00
O 20480.1–40960.00

레벨 1: H, I

레벨 2: J, K, L

레벨 3: M, N, O 이상

참고: 캐나다에서는 캐나다 로켓 협회(Canadian Association of Rocketry)[8]가 미국 레벨 3에 해당하는 레벨 4로 가는 추가 단계를 가지고 있다. 레벨 1은 H 모터, 레벨 2는 I 모터이며, CAR 레벨 3과 4는 각각 미국 레벨 2와 3과 같다. RSO 위원회의 권고에 따라 이사회의 변경으로 인해 모든 하이브리드는 고출력으로 간주된다.[9]

인증을 받기 위해서는 개인이 자신이 목표하는 레벨의 주어진 출력 범위 내에서 로켓을 성공적으로 비행할 수 있음을 입증해야 한다. 예를 들어, 개인이 레벨 1 인증을 받으려면 적절한 크기의 로켓에 H-I 모터를 성공적으로 비행시키고 안전하게 다시 발사할 수 있는 상태로 성공적으로 회수해야 한다. 이는 레벨 2 및 3 인증에도 해당되며, 레벨 2의 경우 필기시험에 성공적으로 합격해야 하고, 레벨 3의 경우 빌드를 문서화하고 TAP(기술 자문 패널)이라고 불리는 두 명의 지정된 기술 권한자[10]가 감독해야 한다. 이들은 레벨 3 인증을 받았으며 로켓 공학에 특히 능숙해야 한다. 레벨 3 기술 권한자는 해당 트리폴리 또는 NAR 전국 조직에 의해 승인된다. 이러한 요구 사항은 NAR과 트리폴리 간에 약간 다르지만, 두 조직 모두에서 매우 유사하다.

위의 로켓 모터 임펄스 레벨은 모두 미국 연방 미국연방규정집 CFR Title 14 Aeronautics and Space, Part 101, Subpart C, 101.22 정의에 따라 Class 2 로켓으로 분류된다.

"(b) 클래스 2—고출력 로켓이란 모형 로켓 이외의 아마추어 로켓으로, 총 임펄스가 40,960 뉴턴 초(9,208 파운드 초) 이하인 모터 또는 모터들에 의해 추진되는 것을 말한다.

(c) 클래스 3—고급 고출력 로켓이란 모형 로켓 또는 고출력 로켓 이외의 아마추어 로켓을 말한다."

트리폴리 로켓 협회는 Class 3 심사 위원회[11]를 운영하며, 이 위원회는 자발적으로(FAA에서 요구하지 않음) 고도 50,000피트에 도달하거나 초과할 것으로 예상되는 로켓을 검토하고, FAA에 Class 3 프로젝트로 제출될 로켓 프로젝트에 대한 사전 점검을 수행한다. Class 3 심사 위원회는 다음 기능을 수행한다.

  • 제출된 프로젝트에 대한 3-시그마, 6자유도 분산 분석 수행.
  • FAA 제출 전에 Class 3 면제 신청 패키지에 대한 지침 및 검토 제공.
  • 신청자 및 FAA 직원에게 Class 3 프로젝트 팀이 현재와 미래에 이 취미의 생존 가능성과 안전을 유지하는 데 필요한 사항을 교육하기 위해 FAA/AST와 협력.
  • 회원들이 Class 3 및 그 이상의 비행 시도를 추구할 수 있도록 보다 효율적이고 의미 있는 기회를 달성하기 위해 노력.

미국 규정에 따라, 총 임펄스가 40,960 뉴턴 초(O-클래스 이상)를 초과하는 로켓은 발사될 수 있지만, Class 3 로켓으로 분류되며 연방항공국의 개별 승인을 받아야 한다. Class 3 승인은 복잡하여, 귀환 로켓에 대한 6자유도 분산 분석, 발사/비발사 기준 문서화 등이 필요하다. 총 임펄스가 S(최소 327,680 뉴턴 초)까지의 로켓이 아마추어에 의해 Class 3 규정 하에 발사되었다.

미국의 두 인증 기관인 NAR과 트리폴리 사이에는 인증 상호 인정이 있다. 예를 들어, 레벨 2 인증을 받은 NAR 회원은 트리폴리로부터 레벨 2로 인정받을 수 있는데, 이는 두 인증 기관이 모두 동일한 NFPA(National Fire Protection Act) 및 FAA/CFR 규정을 시행하고 있기 때문이다. 이중 인증을 받으려면 두 기관에 모두 회비를 지불해야 한다. NAR과 트리폴리 간의 주요 차이점은 NAR이 모형 로켓 및 대회에 더 중점을 두는 경향이 있다는 것이다. 이는 어린이, 스카우트 그룹, 행타임 및 계란 던지기와 같은 신기한 발사에 어필한다. 트리폴리의 초점은 더 높은 출력, 실험적이고 고급 로켓 공학에 맞춰져 있다. 예를 들어 트리폴리는 레벨 2 이상 인증을 받은 비행자들을 위해 실험용(EX) 또는 과염소산암모늄 기반의 비상업적인 개별 제조 로켓 모터와 하이브리드 모터(예: 아산화 질소 가스 산화제 및 고체 고무 연료)를 장려한다. 트리폴리는 또한 미국 대학의 많은 공학 프로그램과 활발한 멘토링 프로그램을 운영하고 있으며, 위에서 언급했듯이 Class 3 로켓 공학을 포함하여 교육받은 사적인 시민들이 로켓 공학의 난해한 과학과 한계를 탐구하는 것을 지원한다. 비 NASA 민간 우주 비행 회사들은 Class 3 이상으로 분류되는 로켓을 발사하고 있다. 스페이스X의 현 직원 중 적어도 한 명은 지역 대학의 공학 프로그램에 등록된 대학생으로서 국립 조직의 트리폴리 휴스턴 지부에서 고출력 로켓 비행 경험을 얻었다.

영국의 인증

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UKRA[12]는 미국과 유사하지만 O로 제한되는 인증 프로그램을 영국에서 제공한다. 절차는 미국과 매우 유사하다.

레벨 1: H, I

레벨 2: J, K, L

레벨 3: M, N, O

비행 안전 책임자 (RSO)

레벨 1 인증을 위한 요구 사항은 UKRA 인증 RSO 앞에서 레벨 1 크기 모터를 사용한 성공적인 시험 비행이다.

레벨 2 인증서는 RSO가 목격하는 레벨 2 크기 모터를 사용한 성공적인 시험 비행을 요구한다. 후보자는 또한 UKRA가 정한 객관식 필기시험에 합격해야 한다.

레벨 3 후보자는 UKRA 안전 기술 위원회에 로켓에 대한 상세한 서면 보고서를 제출해야 하며, 위원회는 발사 전에 로켓을 검사할 것이다. 서면 보고서가 승인되고 로켓이 검사된 후, 후보자는 레벨 3 인증을 얻기 위해 성공적인 시험 비행을 완료해야 한다.

모든 UKRA 회원은 비행 안전 책임자(RSO)로 신청할 수 있다. 후보자는 레벨 2 필기시험에 합격하고 면접을 통과해야 한다. RSO는 자신이 보유한 인증 레벨에 따라 모형 로켓 RSO, 레벨 1 RSO, 레벨 2 RSO 또는 레벨 3 RSO가 될 수 있다. RSO는 자신의 인증 레벨 이하의 로켓이 관련된 발사에서만 활동할 수 있다.

제3자 배상 보험은 영국 모형 비행 협회(BMFA)에서만 제공하며, 회원 패키지에 포함되어 있다. 고출력 로켓 비행자는 비행하는 모터 크기에 적합한 인증서를 소지하고 UKRA 안전 규칙을 준수해야 보험이 유효하다.

UKRA는 다음 국제 기관의 인증을 인정하며, 이들 기관 또한 UKRA 인증을 인정한다.

  • Interessengemeinschaft Modellraketen e.V. (IMR)
  • 전미 로켓 협회 (NAR)
  • 트리폴리 로켓 협회 (TRA)
  • 캐나다 로켓 협회 (CAR)

호주의 인증

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호주 최초의 TRA L3를 설계, 제작, 비행한 사만다 리지웨이

인증은 다음을 통해 얻을 수 있다.

  • 호주 로켓 협회 INC 및 회원 클럽.
  • 트리폴리 로켓 협회는 모든 호주인에게 고출력 로켓(HPR) 인증을 제공하며 국제적으로 인정받는다. 호주에서 유일하게 진정한 국제 로켓 협회이며, 국제적으로 완전하게 보험에 가입된 유일한 로켓 협회이다.

남아프리카의 인증

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로켓 협회 SA[13]는 남아프리카 공화국에서 미국 및 영국과 유사한 과정과 절차를 가진 인증 프로그램을 제공한다.

레벨 1: H, I

레벨 2: J, K, L

레벨 3: M, N, O

인증을 얻기 위해서는 개인이 목표하는 레벨의 출력 범위 내에서 로켓을 성공적으로 제작, 발사 및 회수할 수 있음을 입증해야 한다.

구조

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비행 전 설치되는 고출력 로켓

고출력 로켓의 설계는 예상 고도 및 성능과 함께 매우 다양할 수 있지만, 10,000 피트 (3,048 m)의 고도와 초음속 범위의 속도는 드물지 않다. (종종) 더 큰 질량과 더 높은 근지점의 조합은 정교한 회수 시스템을 요구할 수 있다. 고출력 로켓은 종종 비행 데이터(고도, 속도, 가속/감속, G-힘)를 기록하고 회수 방법 또는 장치를 전개하는 데 사용되는 정교한 전자 장치와 함께 비행한다.

고출력 로켓은 페놀 수지, 유리 섬유, 탄소 섬유 및 기타 복합 재료 및 플라스틱과 같은 재료로 제작된다. 모터 케이싱은 일반적으로 기계 가공된 알루미늄으로, 마찰성 페놀 또는 종이 라이너가 있으며 재장전이 가능하여 여러 번 사용할 수 있다.

추진

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고출력 로켓은 주로 상업적으로 이용 가능한 APCP 기반 모터 또는 아산화 질소 기반 하이브리드 모터로 구동된다.

고출력 로켓용 모터는 일반적으로 "H" 이상이다 (몇 가지 주목할 만한 "G" 범위의 예외도 있음). 문자 명명 시스템은 연속적인 문자가 이전 문자의 전달 임펄스를 두 배로 하는 취미의 표준이다. 각 문자에는 주어진 모터가 분류될 수 있는 임펄스 범위도 있다.

영국에서 로켓 모터 확보

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에스테스(Estes)와 퀘스트(Quest)와 같은 회사에서 일반적으로 제조되는 흑색 화약 모터는 불꽃놀이로 분류되며, 영국에서는 구매 제한이 거의 없으며, 주요 제한은 구매자가 18세 이상이어야 한다는 것이다. 이 모터는 영국에서 D 등급까지 사용할 수 있으며 저출력 모형 로켓에만 적합하다.

과염소산암모늄은 영국 보건안전청(Health and Safety Executive)에 의해 폭발물로 분류되므로[14] 과염소산암모늄 복합 추진제(AP) 모터는 이전에는 구매자가 폭발물 허가증과 수령인 권한 당국 이전 문서(RCA)를 소지해야 했다. 구매자가 모터를 비행 행사에서 즉시 구매하여 사용하는 대신 보관하려면 등록 저장소 증명서도 필요했다.

UKRA는 모형 로켓 비행자가 폭발물 허가증 없이도 제한된 수량의 AP 모터를 얻을 수 있도록 예외를 협상했다. 2007년 12월 4일부터 모형 로켓 비행자들은 추진제 순중량 1kg 미만의 AP 모터를 폭발물 허가증 없이 구매할 수 있게 되었다. 또한 폭발물 허가증이나 등록 저장소 증명서 없이도 총 순중량 5kg까지 모터를 보관할 수 있다. RCA 문서는 여전히 필요하다. 이 문서는 UK HSE에 모형 로켓 모터에 대한 면제를 요청하는 적절한 서신을 작성하여 얻을 수 있다. 이 문서는 현재 무료로 발급되지만, 변경될 수도 있다.

추진제 1 킬로그램 (2.2 lb)의 모터는 K 임펄스 모터이므로, 모형 로켓 비행자들은 이제 폭발물 허가증 없이 레벨 2 모델을 비행할 수 있지만, RCA는 여전히 필요하다. 이러한 규제 완화는 영국에서 중고출력 로켓 공예를 훨씬 더 접근하기 쉽게 만들었다.

회수

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일반적인 고도계 기반 전개 베이.

모형 로켓에서는 낙하산, 스트리머 또는 기타 회수 장치나 방법이 정점에서 전개되지만, 고출력 로켓은 그들의 대응물보다 고도가 훨씬 높을 수 있으므로 더 복잡한 회수 시스템을 사용할 수 있다. 고출력 로켓에서는 고도계 또는 전자 타이머가 드로그 낙하산(하강 시 로켓을 안정화함) 또는 통제된 자유 낙하(앞쪽과 뒤쪽 섹션이 밧줄 또는 탯줄, 종종 튜브형 나일론으로만 분리됨)를 전개할 수 있다. 이러한 회수 이벤트는 작은 폭발물(흑색 화약 또는 파이로덱스) 또는 가압 가스(예: CO2)에 의해 발생할 수 있다. 취미인이 미리 정한 고도에서 고도계는 로켓을 안전한 회수 속도로 늦추는 주 낙하산을 전개한다. 가장 일반적인 고도계 종류는 가속도계, 기압 센서 또는 이 둘의 조합을 사용한다.

같이 보기

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외부 링크

[편집]

각주

[편집]
  1. ↑ TRA Safety Code
  2. ↑ NAR High-power Certification 보관됨 23 12월 2008 - 웨이백 머신
  3. ↑ “IMR Highpower Certification”. 2015년 6월 26일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2012년 7월 6일에 확인함. 
  4. ↑ “TRA Unified Safety Code”. Tripoli Rocketry Association. 2020년 9월 5일에 확인함. 
  5. ↑ “NAR High-Power Certification Procedure”. National Association of Rocketry. 25 May 2011에 원본 문서에서 보존된 문서. 21 November 2008에 확인함. 
  6. ↑ “CAR Certification”. Canadian Association of Rocketry. 2016년 1월 14일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2009년 4월 3일에 확인함. 
  7. ↑ “Estes Engine Chart” (PDF). 2015년 11월 6일에 원본 문서 (PDF)에서 보존된 문서. 2012년 10월 22일에 확인함. 
  8. ↑ “CAR certification process”. 2016년 1월 14일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2008년 11월 21일에 확인함. 
  9. ↑ “CAR Certification”. Canadian Association of Rocketry. 2009년 4월 3일에 확인함. 
  10. ↑ “TAP Policy”. 《www.tripoli.org》. 2022년 9월 5일에 확인함. 
  11. ↑ “Class 3 Review Committee”. Tripoli Rocketry Association. 2022년 9월 5일에 확인함. 
  12. ↑ “UKRA HPR Certifications”. UKRA. 26 October 2008에 원본 문서에서 보존된 문서. 3 April 2009에 확인함. 
  13. ↑ “High Power Rocketry Certifications”. Rocketry SA. 2018년 5월 12일에 확인함. 
  14. ↑ “Safety Report Assessment Guide : Explosives”. UK Health and Safety Executive. 2010년 3월 25일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2009년 4월 5일에 확인함. 
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