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김채형
(한국항공우주연구원 한국형발사체개발사업본부)
2023-06-09
 ISICP(International Symposium on Special Topics in Chemical Propulsion and Energetic Materials) 학회는 1998년 Pennsylvania State University의Ken Kuan-Yun Kuo 교수(Principles of Combustion의 저자)가 주축이 되어 그리스에서 처음으로 시작한 학회이다. Kuo 교수는 연소공학을 공부한 사람이라면 한번쯤 교과서로 봤던 “Principles of Combustion”의 저자이기도 하다. 매 2년마다 개최되던 학회는 26년간 Kuo 교수에 의해 진행되었으며 2016년Kuo 교수가 사망한 해에는 개최되지 않다가 2018년 독일에 다시 시작되었다. 코로나 팬데믹으로 인해 2021년에 Virtual로 학회가 진행되었고 2023년 노르웨이 예비크에서 다시 오프라인으로 시작되었다.  이번 학회의 주관은 Kuo 교수의 대학인 Pennsylvania State University의Richard Yetter 교수가 조직위원장으로 해당 학회의 조직위원을 운영하였고, 노르웨이 최대 방산업체인 Nammo가 호스트이자 학회 지원 기관으로서 참여하여 많은 발표도 하였다. 그래서 처음에는 학회 홈페이지 주소가 Pennsylvania State University로 되어 있어서 “뭐지? 혹시 가짜 학회인가?”라는 의구심이 있었지만 ISICP 학회의 역사를 보니 “그래서 그렇구나”라고 이해하게 되었다. 이번에 발표에 참여한 국가들은 이스라엘, 독일, 노르웨이, 프랑스, 이탈리아, 중국, 러시아, 인도, 한국, 중국, 일본, 캐나다, 미국, 남아프리카, 스페인, 스웨덴, 대만, 네덜란드, 벨기에 등 다양한 국가가 참여하였다.  먼저 노르웨이이라 하면 바이킹, 연어, “노르웨이의 숲”이 떠오른다. 그런데 노르웨이는 화가 뭉크의 고향이다. 노르웨이의 수도 오슬로역 앞에는 사진처럼 분수대와 매우 넓은 광장이 있다. 이 광장을 따라 바다 쪽으로 가다 보면 오슬로 국립 오페라 하우스 옆에 뭉크 박물관이 보인다. 학회 참가 기간이 노르웨이에서는 백야가 시작하는 시기였다. 해는 밤10:30분쯤에 지기 시작하고 다시 새벽3-4시쯤에 뜨기 시작한다. 그래서 그런지 이곳 사람들은 맥주나 와인 한잔 시켜 놓고 이야기하는 것을 좋아하는 것 같았다.  학회가 열린 도시는 노르웨이의 예비크라는 곳에서 개최되었다. 예비크는 다소 생소한 도시인데 노르웨이에서 가장 큰 호수인 Mjøsa에 붙어 있는 도시이다. 예비크 역에 도착하면 고풍스러운 역같은 것이 보이지만 역무원들이 사용하는 사무실이며 역으로 사용되지는 않아서 돌아가는 길에 표 사는 곳을 찾지 못해 애를 먹었다. 예비크는 중소 도시인 듯하며 사람들이 많지는 않아 넓은 자연과 호수를 보면서 힐링할 수 있는 곳이었다. 예비크 도시에서 가장 큰 호텔인 STRAND에서 학회가 진행되었다. 5.30(화) 첫날에는 학회 등록과 welcome reception이 있었다.  노르웨이에서 ISICP 학회의 후원은 Nammo에서 지원을 해주었다. 그래서 학회 안내판에는 노르웨이 국기와 함께 ISICP학회명과 안내판 아래에 호스트 기관은 Nammo 명을 볼 수 있다. 학회가 생각보다 크지 않아 한산한 분위기였으며, 접수는 Pennsylvania State University와 Nammo에서 온 학생들이나 직원들이 지원해주었다.  접수가 어느정도 끝나자 welcome reception이 시작되었다. 우리나라 학회의 경우 다들 테이블에 앉아 코스 요리나 뷔페를 먹는 것과 달리 이곳 학회는 테이블 몇 개에 롤 같은 샌드위치와 치즈가 올라가 있는 스낵, 과일을 안주 삼아 와인이나 맥주를 마시면서 서로 그룹을 이루어 이야기하는 스탠딩 디너 분위기였다.  Welcome reception에서는 Penn state 대학의 Yetta교수가 환영사와 함께 이번 학회에 많은 도움을 준Nammo의Erland Orbekk 박사의 찬조사가 있었다.   ISICP 학회의 발표 일정은5.31(수)부터6.2(금)까지 진행되었다. 여기에는 총4건의 기조연설이 학회 매 아침마다 있으며 학회 참여자의 투표를 통해 우수 발표자 수상이 있었다. 개인적으로 Israel Institute of Technology의 Dan Michaels가 발표한 “Flame Stabilization and Operation Limits of Scramjet Combustors”은 보고서 작성자의 학위 주제와 유사한 내용이라 Dan Michaels에게 투표를 했는데 비행 일정으로 투표 결과를 보지 못한 것이 안타깝다. 기조 연설의 첫번째는 독일 Karl Wieland 박사의 “40 Years with chemical propulsion-Research, development and application”으로 시작하였다. 주 내용은 액체로켓의 추진제 저장에 관한 것으로 하이드라진과 파생물, NO 등의 독성이 강한 추진제와 환경에 미치는 영향과 독성을 줄이는 방법, 고체 로켓 추진체의 고성능화, 극초음속 고체 추진체의 개발 동향, 화학 추진체의 다양한 적용 분야 등에 대한 내용으로 1시간 동안 진행되었다.  5.31(수) 오후에 기조 연설은 노르웨이 Nammo, Advanced Propulsion Technology의Chief engineer인 Erland Orbekk 박사가 진행하였다. 1986년도에 설립된 Raufoss Ammunition Factory는 노르웨이의 역사 깊은 방위산업체이기도 하며 6.5 X 55 mm 탄환을 주로 양산하던 업체이다. Raufoss Ammunition Factory는 민간 분야와 방산분야로 분리되었으며, 방산분야가 현재의 Nammo가 되었다. 현재 Nammo는 세계적인 고사정거리의 탄환 개발 업체로 성장하였다. NATO에서 사용되는 고체 로켓 모터를 주로 개발하여 납품하고 있다. 또한 Nammo는 주력사업으로 고체 연료 램제트를 개발하고 있으며 2022년에 비행시험을 성공하여 현재 155기의 고체 연료 램제트 발사체의 비행시험 계획을 가지고 있다.  6.1(목) 오전의 기조 연설은 Israel Institute of Technology의Dan Michaels이다. 스크램제트 연소기의 화염 안정화, 연소 동특성, 작동 범위 등에 대한 내용을 발표하였다 수치해석에서는 LES(large eddy simulation)기법을 사용한 램제트-스크램제트 모드 전환시의 듀얼 모드 전이에 대한 유동 특성을 이야기했으며, 실험에서는 다양한 가스에 대한 연료-공기 혼합 비율에 따른 화염안정성에 대해 언급하였다. 또한 strut와 같은 혼합기의 유무에 따른 화염 특성, 액체 연료의 온도에 따른 연소 특성 등 스크램제트와 관련된 수치해석/실험적 방법을 통한 다양한 주제에 대해 발표가 진행되어 많은 정보를 얻을 수 있었다.  이번 학회는 포스터 발표는 없으며 대부분 구두 발표로 진행되었다. 다만 중국 참석자 대부분이 발표 취소를 하거나 참석을 하지 못하여 중국쪽 연구 동향을 알 수 없어서 아쉬운 부분이 있었다. 발표 내용은 다양하게 많았지만 모두 들을 수 없기에 관심이 있는 분야에 대해서 들었으며, 이와 관련된 내용들을 정리하였다. The University of Texas at El Paso의Evgency Shafirovich교수가 발표한 “Oxidation and combustion of lithium and magnesium posers for space power applications”이다. NASA의Space Technology Research Grants Program으로 진해되고 있는 연구는 Mars, Venus와 같은 행성에서의 동력원으로 태양광이나 핵연료가 아닌 외기 행성 대기중의 CO2에서O2를 추출하여 Lithium이나 magnesium 분말가루를 사용하여 연소를 하는 방법에 대한 내용이다. O2와CO2를 사용했을 때의 연소 차이와 particle bed를 사용한 침투방식으로 산소를 추출하는 등 우주환경에서 연소를 위한 다양한 연구 내용이 발표되었다.  Georgia Institute of Technology 대학의 Min Zhou 교수는 “Shock to Detonation Behavior of Energetic Materials with Graded Void Distributions”에 대한 수치해석 결과에 대해 발표하였다. 잘 모르는 내용이긴 한데 고체연료의 경우 파우더의 밀도에 따라 화염이나 폭굉의 전파속도 등이 영향을 받는 것으로 알고 있다. 발표에서는 void density가PBX(polymer bonded explosives)의 SDT(shock-to-detonation transition)에 영향을 미친다고 언급하고 있다. 그래서 FGEM(Functionally Graded Energetic Materials)이라는 개념을 사용하는데 이 개념은 grain 크기, 부피 비율, 빈공간의 부피 비율 등 마이크로 구조물의 특징을 변화시켜 화염의 전파속도 즉 폭굉의 특성을 바꾸는 것에 대해 이야기하고 있다. 화염 전파 속도는 800 m/s에서 1600 m/s이며 압력은4~6 GPa이다.  일본 JAXA와 공동연구를 하고 있는 Chiba institute of Technology의R. Yamazaki의 “Effect of Expandable Graphite Additives on the Mechanical Properties and Fuel Regression Rate of Low-Melting-Point Thermoplastic Fuels” 발표이다. 발표내용은 하이브리드 로켓의 경우 EG(Expandable graphite)를 사용하여 Paraffin wax 연료의 fuel regression rate를 향상키려고 한다. LT(low melting-point thermoplastics)은paraffin wax에 비해 접착성이 좋고 물리적 성능도 좋기 때문에 대형 하이브리드 로켓의 연료로 주목받고 있다. 하지만 paraffin wax에 비해 regression rate가 다소 좋지 못하기 때문에 이런 단점을 보완하기 위해 EG를 사용한다. EG를 사용한 LT는regression rate도 좋으며 물리적 성능도 향상되었다. 저자는 하이브리드 로켓을 연구하고 있지 않기 때문에 이 분야에 대한 내용을 잘 알지는 못하지만 학회에서는 많은 사람들의 관심을 보였던 세션으로 자리를 가득 채우고 서서 보는 사람들도 많았던 발표였다.  국내 참가자 발표 중에 KAIST의 권세진 교수님 연구실에서 “Design of Nitrous Oxide Catalytic Decomposition Hybrid Thruster based Experimental Setup for Simulation of Combustion Chamber for Gun Launched Solid Fuel Ramjet Propulsion System”의 발표가 있었다. 아직 실험을 한 결과가 아닌 실험을 위한 과정과 수치해석 결과에 대해 발표했는데 Nammo가 현재하고 있는 SFRJ(solid fuel ramjet)와 같은 형태의 고체 램제트를 하려고 한다고 하니 역시 많은 관심을 보이고 있었다.  학회 일정 중6.1(목)에는 social tour가 있었다. 학회 참석 인원은 200명 정도 되었는데 모두가 호텔 근처 선착장으로 이동하였다. 선착장에서는 사진 속의 보트를 타고 이동하는 크루즈 여행이 계획되어 있었다. 호수가 매우 커서 호수의1/3을 지나는데 거의 2시가 30분이 걸렸다. 그리고 보트에서 내려 버스를 타고 1시간 정도 더 이동하여 금일 저녁이 준비되어 있는 곳으로 이동하였다. 동굴처럼 만들어 놓은 곳에 식당이 있었는데 고블린같은 거인들이 장식된 곳에서 저녁을 먹었다. 저녁이 끝나고 학회 장소인 호텔로 돌아왔던 시간이 10시 30분이었는데 이곳은 백야라 이제 저녁같은 느낌이었다.  저자의 발표는 학회의 마지막 날 마지막 세션이다. 발표 전에 학회 표지판에서 사진을 찍어 본다. 마지막 날이다 보니 학회장에 있는 사람들이 얼마되지 않는다. 아침에 이동하거나 전날 다른 곳으로 이동한 참가자들이 많은 듯 했다.   ISICP 학회는 노르웨이라는 다소 특이한 곳에서 개최된 학회였다. 한국에서 노르웨이까지 가는 항공편이 직항이 없다 보니 한번은 경유해야 하고 우크라이나-러시아 전쟁으로 항공기들이 우회해서 비행을 하다 보니 전쟁 이전보다1-2시간 더 걸렸다. 그리고 백야라는 생전 처음 겪어보는 기상현상으로 수면부족을 계속 겪었던 학회였다. 하지만 코로나 팬데믹 이후 처음으로 갔던 해외 학회이자 북유럽에 있는 노르웨이라는 곳을 처음으로 경험해 본 기회이기도 하였다. 학회에서는 요즘 외국의 연구기관이나 학교에서 어떤 것들을 연구하고 있는지 최근 연구동향들을 알 수 있는 기회였다. |
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