스페이스X 스타십 V3 재설계: 격자형 핀 3개

에브리데이 애스트로넛의 팀 도드는 격자형 핀의 기능과 목적을 설명하며, 이들이 전방향 이동식 핀이나 방향타와 유사하게 대기권에서 기체를 조종하고 유도하는 역할을 한다고 강조했습니다.

이전 4개 격자형 핀 중 하나는 재진입 중 로켓의 난류 후류 안에서 작동하는 경우가 많아 효과가 크게 제한되었습니다.

핀 개수를 3개로 줄임으로써 스페이스X는 남은 핀을 더 크게 만들 수 있고, 그 결과 더 가벼운 부스터와 더 나은 전반적 제어 권한을 얻을 수 있으며, 이 수정은 성능을 위한 윈윈으로 묘사되었습니다.

원래 접힐 수 있는 능력 덕분에 미사일과 폭탄용으로 설계된 격자형 핀은 소련 N1 로켓에서 안정성을 위해 수동적으로도 사용되었으며, 스페이스X는 능동 유도를 위해 사용해 상승 중에는 항력을 줄이기 위해 접습니다.

피치는 두 수평 격자형 핀의 일제 움직임으로, 요는 수직 핀으로, 롤은 반대 방향으로 움직이는 반대 쌍으로 제어됩니다.

팰컨 9 부스터는 재진입 중 대기 저항을 활용해 감속하며, 착륙 연소에 필요한 연료를 줄이고 상승을 위한 추진제를 더 확보해 총 기체 성능을 높입니다.

에일러론은 주로 기류를 편향시켜 롤을 유도하지만, 이 과정은 기생 항력을 발생시켜 날개를 뒤로 끌어 역요를 만듭니다.

B2 스텔스 폭격기는 분할 에일러론을 사용해 항력으로 요를 제어하며, 수직 안정판이 없는 점을 보완하는데, 이 설계 선택은 레이더 신호도 줄입니다.

격자형 핀은 유효 시위 길이가 더 짧아 기존 설계보다 더 작은 액추에이터를 필요로 하며, 높은 받음각에서 더 적은 공기역학 토크를 처리하고 극초음속에서도 효과적으로 작동할 수 있습니다.

스페이스X는 격자형 핀 기술을 계속 진화시켜, 2017년 팰컨 9 핀에 톱니 모양 이빨을 도입해 국소 음속을 교란함으로써 천음속 구간을 관리했으며, 이는 블루 오리진 같은 경쟁사와 다른 접근입니다.

접이식 팰컨 9 핀과 달리 스타십의 핀은 영구적으로 펼쳐져 있으며, 이 설계 선택은 전개 메커니즘의 질량을 없애 슈퍼 헤비 부스터의 막대한 무게 때문에 생기는 공기역학 항력을 상쇄합니다.

스타십 버전 3는 또한 타워 포획 핀을 격자형 핀에 직접 통합해, 이전 버전에서 사용된 별도 하드웨어의 필요성을 없애 운영을 간소화합니다.

스페이스X가 네 번째 격자형 핀을 제거한 주된 이유는 재진입 중, 특히 높은 받음각에서 효과가 떨어졌기 때문이며, 부스터 위쪽에 위치한 그 핀이 대부분 기체의 후류에 놓였습니다.

회사는 남은 세 개의 핀을 확대해 이를 보상했는데, 이는 피치, 요, 롤을 효과적으로 관리하는 데 필요한 최소 개수이므로 중요한 제어 권한을 유지합니다.

이 새로운 설계는 한 쌍의 격자형 핀이 180도 떨어져 위치할 수 있게 해 더 효과적인 피치 제어를 가능하게 하고 부스터의 전반적 공기역학 성능을 향상시킵니다.

포획 지점을 측면 핀에 직접 통합하려면 발사 타워의 포획 암과 간섭하지 않도록 네 번째 핀을 제거해야 했으며, 이 제약은 핀 간격이 더 가까웠던 V1 및 V2 설계에서는 덜 두드러졌습니다.

이 내부 트림은 측면 핀이 중립 위치에 더 가깝게 유지되도록 해, 롤과 피치를 동시에 혼합 제어 입력으로 관리하는 능력을 보존합니다.

비행기의 제어면과 유사한 이 내부 트림은 측면 핀이 거의 중립을 유지하도록 보장해, 롤과 피치 입력에 동시에 효과적으로 대응하는 능력을 보존합니다.

부스터 후미 근처의 후방 차인은 양력을 높이고 기체가 기류에 대해 더 높은 받음각을 유지하게 해, 하강 중 항력을 크게 증가시킵니다.

이 증가한 항력은 부스터를 감속시켜 착륙에 필요한 엔진 부하를 줄이고 교차 범위 능력을 향상시켜, 궁극적으로 버전 3 부스터의 총 성능을 높입니다.