예기치 않은 외적인 자극에 의한 사고를 막기 위하여 에너지 물질을 함유한 전술 유도무기의 위험성을 감소시킬 필요성이 증대되어, 유도무기 둔감화에 대한 연구가 미국과 나토에서 1980년대 후반부터 활발히 시작되었다. 로켓모터의 둔감성능을 향상시키기 위해서는 추진제를 비롯하여 로켓모터의 모든 부품들이 적절한 조합으로 각각의 특성을 살려 둔감성능 향상에 도움이 되도록 설계되어야 하며 각각의 부품이 어떤 역할을 하는지 이해하여야 한다. 고체 추진기관 둔감화에 필요한 중요한 역할을 하는 구성 요소는 추진제, 연소관, 점화기 및 완화장치 등이 있다.
본 연구에서는 1980년대 이후로 선진국에서 수행되고 있는 고체 로켓 모타의 둔감화를 위한 정책 및 기술개발에 관한 노력을 조사하였다. 그리고, 추진제와 연소관 등 둔감화에 필요한 추진기관 각 부품별 개발 방향을 정리하였고 실제 시스템 적용 사례를 살펴보았다. 이러한 조사분석 결과를 토대로 국내의 추진기관 둔감화 개발방향을 제시하였다.
선진국에서 1982년 제정된 비핵무기 위험성 평가시험(MIL-STD-2105(NAVY) 이후에 2011년 4월에 개정된 MIL-STD-2105D의 로켓 모타의 둔감화를 위한 추진기관 둔감 시험 규정과 각 둔감시험별 통과기준에 대하여 정리하였다. 추진기관의 시험평가에 대한 연구를 통하여 국내에서는 세계적 수준의 추진기관 둔감시험 기법은 정립하였으나 국내의 추진기관 둔감시험 데이터베이스가 부족한 관계로 반응등급결정을 위한 각 시험별 통과기준이 정립이 되어 있지 않은 실정이다. 따라서 본 연구에서는 개정된 둔감시험방법과 각 시험별 통과기준을 조사 분석하여 국내의 추진기관 둔감화 개발방향을 제시하였다.
예기치 않은 외부의 자극으로 인한 유도무기의 사고에 의해 인명 및 무기체계의 피해를 최소화하기 위하여 유도무기 둔감화 연구가 미국과 NATO를 중심으로 80년대 초반부터 활발히 수행되어 오고 있다. IM(insensitive munitions)은 예기치 않은 외부 자극에 노출되었을 때 성능과 작동요구조건을 충분히 만족시키면서 격렬한 반응을 최소화하는 무기로 정의된다. 1995년도까지 미 해군에서 사용하는 모든 전술 유도무기를 MIL-STD-2105B의 요구 조건에 부합하도록 둔감화 하기 위하여 1984년 미 해군에서 IM 프로그램이 만들어졌고, 1991년에 NATO의 NIMIC(NATO Insensitive Munitions Information Center)이 만들어져서 현재까지 둔감화약, 둔감 추진제, 복합재연소관 및 완화장치 등에 연구가 활발히 이루어지고 있다.
고체 추진기관 둔감화는 고유 성능의 변화 없이 화재, 충격 등에 의한 우발적 사고시 반응의 정도를 최소화하는 기술로 정의된다. 열에 노출된 추진제가 점화되기 전에 연소관에 배기구가 형성되어, 추진기관 반응의 위험도를 낮추는 방법은 추진기관 둔감화의 핵심 기술 중 하나로, 이를 완화장치라 부른다. 본 논문은 완화장치와 관련된 최근의 연구 동향을 소개하였다.
근래 무기 체계는 IM에 대한 능력을 중요시하고 있다. 화약은 무기체계에 반드시 필요한 에너지 물질이면서 가장 위험한 물질로 IM을 위해 반드시 개선해야 할 주요 부품이라 할 수 있다. RDX는 1930년대부터 사용되어 현재는 가장 널리 사용되는 에너지 물질 중 하나이며 저렴한 가격과 높은 에너지 특성으로 인하여 탄두 화약의 대부분을 그리고 근래에는 화포용 추진제 및 로켓용 추진제에도 많이 사용되고 있는 물질 중 하나이다. 그러나, RDX는 근래에 개발된 NTO나 DADNE등의 둔감 화약에 비해 감도가 민감하다는 단점을 가지고 있어 이를 극복하기 위한 둔감 RDX의 연구 개발이 국내외에서 지속 수행되어 왔다. 본 연구에서는 RDX를 둔감화한 RS-RDX의 연구를 Pilot Scale과 양산 Plant에 적용하여 개발하였으며 그 결과를 Shock 감도를 통해 확인 할 수 있었다.
최근 고체 추진제의 개발은 무연이면서 둔감하며 고성능화 되어지고 있다. 둔감화시키면서 무연화시키는 산화제로는 PSAN이 사용되고 있으나 성능 면에서 저하되므로 일반적으로 에너지를 많이 함유한 바인더를 사용하고 있다. 이런 종류들로는 여러 가지가 소개되고 있으나 그 중 GAP을 많이 사용하고 있다. 본 연구에서는 GAP과 견줄 만한 바인더 PGN이 소개되어 이들에 대한 특성을 고찰하였다. 본 연구에서는 PGN과 PGN의 사슬을 연장시킨 EPGN의 가소제의 함량 및 온도 변화에 따른 점도와 경화시킨 바인더의 유리전이온도와 기계적인 특성을 검토하였다.
본 논문은 우발적 화재에 노출되면 이상 온도를 감지하고, 자동으로 반응하여 추진제를 연소시킴으로써, 고체 추진기관의 위험 정도를 완화시키는 둔감 점화 장치의 반응을 연구한 결과이다. Kissinger 식으로 구한 둔감 점화 장치 신호 화약의 자동 점화 온도는 $165.5^{\circ}C$이었지만, 추진기관에 장착하고 MIL-STD-2105D의 규정에 따라 수행한 완속 가열 시험에서는 약 $140^{\circ}C$에서 연소 반응을 하였다.
본 논문은 우발적 화재에 노출된 고체 추진기관의 화재 위협이나 폭발을 파이로 센서가 자동적으로 감지하여 추진기관이 안전하게 연소되게 하는 둔감 점화 장치의 반응을 연구한 결과다. 완속 가열 시험은 HTPB 추진제가 충전된 로켓 모터에 열감지형 점화기를 장착하여 MIL-STD-2105D 규정에 따라 수행하였다. 얻어진 점화 온도는 약 $140^{\circ}C$였으며, 이는 "연소 반응" 등급에 해당되었다. Kissinger 식으로 구한 둔감 점화 장치 신호 화약의 자동 점화 온도는 $165.5^{\circ}C$였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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