소리으로부터 인공위성을 지켜라

우주발사체는 발사할 때 매우 큰 소리(소리의 향기)를 냅니다. 추진기관에서 발생하는 이런 소리의 향기는 발사체는 물론 페어링에 실려 있는 인공위성에 하중으로 작용해 태양전지판 등 구조체와 컴퓨터 등 전자장비에 영향을 주고 있습니다. 따라서 발사 시 인공위성을 보호하는 페어링은 이런 소리를 가장 크게 막을 수 있도록 설계합니다.그러나 소리를 막는 것만으로는 한계가 있어 소리를 흡수하는 별도의 장치를 페어링 내부 벽에 설치합니다. 음향공명기(Acoustic Resonator)와 음방향 담요(Acoustic Blanket) 등으로 구성된 음향하중저감장치를 적용합니다.

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일단 소음악 작업실을 소견 볼까요? 한 단의 건물과 작업실을 만들 때부터 이중 이상의 벽면을 만들고 중간에 공기층을 만들어 방소음 효과를 높일 수 있도록 설계합니다. 이러한 구조적인 방소음 장치만으로는 소음을 완전히 차단할 수 없기 때문에 흡소음 효과가 뛰어난 소재를 내벽에 붙입니다. 울퉁불퉁한 계란말이의 내벽은 이러한 흡소음 효과를 높이기 위한 것입니다.자동차도 마찬가지인데요. 자동차의 구조를 설계할 때부터, 밖의 소리, 엔진의 소리를 최대한 줄이는 노하우를 선택합니다. 특히 엔진 소리는 엔진룸 내에서 차단하면 공명이 발생해 소리가 증폭되는 만큼 보닛 뒷면에 별도의 패널을 설치하기도 합니다. 이처럼 차체의 흡소음·차소음 구조만으로는 만족하지 못하는 운전자도 있습니다. 그러면 다른 자동차 인테리어 업체에 가서 내부 자신의 엔진 룸에 엠보싱 형태의 흡소음재를 달기도 합니다.인공위성 등 탑재체를 싣고 우주로 날아가는 발사체도 마찬가지입니다. 발사체는 추진 기관에서 하나 50dB이상의 소움햐은 하중(Acoustic Load)이 발생하는데요. 자동차로부터 발생하는 소리의 수만배의 크기에 이르러, 이러한 소음 향상중은 인공위성등의 탑재체에 진동을 더하는 중요한 원인입니다. 단순한 뚜껑만으로는 인공위성을 보호하기 어렵기 때문에 소음향 하중을 차단할 수 있도록 소음향 공명기와 블랭킷을 페어링 내벽에 설치합니다.

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엔진이 점화해 발사체가 지면에서 이륙할 때 소음 향하중이 가장 큽니다. 이때 페어링 내부 소움햐은 하중 수준은 하나 40dB정도에 이릅니다. 소음향의 하중을 줄이기 위해 내벽에 흡소음 소재를 하나 정한 크기와 간격으로 배열하는데, 이것이 소음향 담요입니다. 담요는 내부에 폼 계열의 흡음재를 층으로 삽입하여 특수 소재로 외부를 덮은 형태로 제작됩니다. 외부를 감싸는 이유는 흡소음재에서 가루가 떨어져 인공위성 등 탑재체에 영향을 줄 수 있기 때문입니다.담요는, 고주파 영역에서는 뛰어난 차음 성능을 발휘하지만, 저주파에서는 큰 효과가 없습니다. 그리고 저주파 흡소음을 목적으로 하는 공명기를 따로 설치하게 됩니다. 공명기는 복합재로 틀을 만들어 구멍을 파는 형태로 만들어집니다. 이 홀의 크기에 따라 흡수가 있는 소음의 주파수가 다른 것입니다. 흡소음 성능, 강도, 경량화를 동시에 실현할 수 있는 형태로 제작합니다.소음의 위력을 잘 보여주는 영화가 있어요. 귄터글라스의 원작소설을 바탕으로 한 양철북입니다. 이 영화에서는 스스로 성장을 멈춘 오스카라는 소년이 등장합니다. 오스카가 양철북을 쳐서 소음을 내면 그 충격으로 주변 유리가 깨져 버립니다. 소음은 공기를 매질하여 전달하는 파동입니다. 우리가 소음을 들을 수 있는 것도 공기가 진동하기 때문입니다. 오스카가 소음으로 유리를 깨트린 것은 소음의 진동수와 유리 입자의 진동수가 같아져 공명 현상을 하나로 만들었기 때문입니다.소음, 결코 깔보면 안되죠?

기획/제작:항공우주Editor오요한자문/감수:발사체구조팀 이정은, 박승헌 박사

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