원자력/우주항공

"슈퍼 몬테카를로" 핵설계 소프트웨어 유럽핵융합시범원자로 적합성 평가 통과

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최근 중국과학원 원자력안전기술연구소 펑린(鳳麟) 연구팀이 개발한 완전 자체 지식재산권을 보유한 중성자 수송 설계 및 안전평가 소프트웨어시스템 "슈퍼 몬테카를로(SuperMC)"가 유럽핵융합시범원자로(EU DEMO) 적합성 평가를 통과했다. 평가보고서는 SuperMC가 EU DEMO 핵설계(nuclear design) 요구를 만족시키므로 유럽핵융합연맹(EURO fusion) 핵융합시범원자로 핵설계 소프트웨어로 권장한다고 발표했다. 이번 평가는 독일 Karlsruher Institut für Technologie(KIT)가 완수했다. KIT는 유럽핵융합연맹의 주요 회원기관이자 EU DEMO 전반설계기관이다. 이번 평가는 국제기준 실험문제를 채택해 SuperMC 소프트웨어의 핵심 연산엔진—입자수송 연산 기능 및 성능을 중점적으로 평가하는 한편 기타 국제 핵설계 소프트웨어와의 벤치마킹도 수행했다. 평가에서 OECD/NEA가 발표한 국제 차폐기준 실험매뉴얼 SINBAD계열 기준문제를 테스트했고 또한 EU HCPB DEMO 핵설계 교차검증에 응용했다. 평가 결과, SuperMC의 기능 및 성능은 EU DEMO의 핵설계 요구를 만족시켰고 심층적 투과 효과 처리, 복잡 공극 빔누설 현상 시뮬레이션, 복잡계 고성능 연산 등 면에서 뚜렷한 우위를 나타냈다. 유럽핵융합연맹이 독자적으로 추진 중인 대형 핵융합 개발계획 프로젝트인 EU DEMO는 유럽상업용핵융합발전소 계획의 주요 구성부분이다. EU DEMO는 미래 핵융합에너지 대규모 상업화 응용을 위해 기술·경험을 축적하는데 목적이 있다. SuperMC는 20여 년의 지속적 개발과 10여 회 버전 업그레이드를 거쳐 2018년에 유럽핵융합원자력혁신상 및 중국산학연협력혁신성과 1등상을 수상했으며 중국 원자력 소프트웨어의 자주화·국제화를 위해 적극적 기여를 했다.

첫 중등 규모 구형 토카막 핵융합실험장치 준공

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2019년 8월 8일, 허베이성 랑팡(廊坊)에 위치한 중국 첫 중등 규모 구형 토카막 핵융합장치—신아오(新奧) "쉬안룽(玄龍)-50"이 준공과 함께 첫 플라스마 방전을 달성해 본격적 물리실험에 돌입했다. 해당 장치는 토카막 핵융합 및 스텔러레이터(stellarator) 핵융합 장치에 이은 또 다른 유형의 자기밀폐 고온 플라스마 실험장치이다. 신아오그룹이 자체적으로 설계하고 구축한 신아오 "쉬안룽-50" 프로젝트는 2018년 10월에 가동된 후 체계적인 조직 및 분업 협동을 통해 약 10개월 만에 장치 설계, 제조, 설치, 성능시험 등 작업을 완수했다. 빠른 장치 구축은 핵융합 연구 가속화에 상대적으로 기능이 완비한 실험플랫폼을 제공했다. 신아오그룹은 청정에너지기술 혁신에 오랫동안 진력했다. 산하 에너지연구원은 2017년에 핵융합 기술 탐구를 시작했고 컴팩트형, 무오염, 저원가를 주요 연구방향으로 하는 중국 첫 성(省)급 컴팩트형 핵융합 중점실험실을 구축했다. 또한 2018년 4월에 컴팩트형 핵융합기술 국제세미나를 주최했다. 해당 프로젝트는 허베이성과 랑팡시 과학연구 주관기관의 지원을 받았다. 중국 핵융합 연구개발의 새 활력소로 자리매김한 신아오 컴팩트형 핵융합 중점실험실은 중국공정물리연구원, 중국과학원 플라스마물리연구소, 중핵그룹 시난(西南)물리연구원 등 기관과 연맹협력 관계를 맺고 있다. 신아오 국제화 핵융합연구팀은 단단한 이론 및 실험연구 토대를 바탕으로 향후 30년 내 핵융합에너지의 상업화를 목표로 하고 있다.

세계 최대 규모 가압수형 경수로 원전 구축

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최근, 양장(陽江)원자력발전소 6호기가 168시간의 만부하 시범 운전을 순조롭게 마치고 상업운영에 진입했다. 이로써 양장원자력발전소의 6대 100만 KW급 원자력 발전 장치가 전면적으로 생산에 들어가 세계 최대 규모 가압수형 경수로 원전기지로 됐다. 양장원자력발전소는 중국이 1차적으로 심사허가한 최대 규모의 원전 프로젝트일 뿐만 아니라 중국 원전 "규모화, 시리즈화, 표준화" 달성의 대표적 프로젝트이다. 양장원자력발전소의 1호기, 2호기는 CPR1000 기술로드맵을 채택했으며 프랑스 EPR 2세대 원전기술을 소화·흡수했다. 3호기, 4호기는 EPR 기술의 국산화 개선형 기반 CPR1000+ 기술을 채택했으며 종합 성능은 3세대 기술에 접근한다. 5호기, 6호기는 ACPR1000 기술로드맵을 채택했으며 3세대 원전 주요 기술 특성을 보유하고 있다. 해당 6대 원자력 발전 장치의 평균 국산화율은 83%이고 핵심 설비 국산화율은 85%를 초과한다. 1988년, 양장원자력발전소의 위치를 선정 했고 2018년 12월 16일, 주요 공사를 본격 가동했다. 1호기, 2호기, 3호기, 4호기, 5호기는 각각 2014년 3월 25일, 2015년 6월 5일, 2016년 1월 1일, 2017년 3월 15일, 2018년 7월 12일에 상업화 운영에 들어갔다. 그중 5호기는 최초로 중국광핵(廣核)집단유한공사(CGN)가 자체로 연구개발한 원전 "신경중추" Firmsys 시스템을 채택했으며 중국 첫 완전한 자체 지식재산권을 보유한 원전급 디지털화 기기제어시스템의 공학적 응용을 달성했다. 양장원자력발전소 5호기, 6호기 외에 Firmsys 시스템은 중국의 여러 운전되고 있는 원자력 발전기 기기 제어 시스템 개선에 성공적으로 이용됨과 아울러 스다오완(石島灣) 고온가스냉각로, 훙옌허(紅沿河), 톈완(田灣), 팡청강(防城港) 등 새로 구축하는 원전 프로젝트에 잇따라 응용되면서 중국 원전 프로젝트 투자비를 누계로 약 30억 위안(한화로 약 5,143억) 절감시켰다. 양장원자력발전소의 6대 원자력 발전 장치가 운전에 들어간 후 연간 발전량은 480억 KW/h에 달함으로써 웨강아오 대만구(粵港澳大灣區) 에너지 구조조정 업그레이드 과정에서 주요 역할을 발휘할 전망이다. 2019년 6월 30일까지 양장원자력발전소의 전력공급량은 누계로 1,200억 KW/h를 초과했다.

"룽장 2호", 달 선회 탐사 임무 마치고 통제된 상태로 달과 충돌

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2019년 7월 31일 22시 20분, "룽장(龍江) 2호" 달궤도 초장파 천문관측 마이크로위성이 지상국의 정밀제어 하에 계획대로 달뒷면의 예정지역에 충돌했다. 이로써 "룽장 2호"는 지구-달 천이, 근월 감속, 달 선회비행을 독립적으로 완성한 세계 첫 마이크로위성이 되었다. 아울러 저렴한 비용의 심우주 탐사 새 방식도 모색했다. "룽장 2호"는 2018년 5월 21일에 창어(嫦娥) 4호 임무 "췌차오(鵲橋)" 중계위성에 탑재 발사되어 2018년 5월 25일 22시에 달궤도에 순조롭게 진입했다. "룽장 2호"는 무게가 47kg 밖에 안 되고 설계수명이 1년이지만 실제로 궤도에서 437일 동안 운행하면서 예정 목표를 원만히 수행했다. "룽장 2호"는 중국과학원 국가우주과학센터가 개발한 초장파탐지기 및 사우디아라비아 KACST가 개발한 소형 광학영상탐지기 등 2대 과학하중을 탑재했다. 초장파탐지기는 주로 지구 전파간섭에 대한 달의 천연적 차단을 이용하여 초장파 천문관측 및 태양복사 연구에 대한 기술검증을 수행한다. 동 탐지기는 달궤도 위치별 복사스펙트럼을 탐측해 달궤도 1~30MHz 초장파 연속 스펙트럼을 획득했고 지구 전파간섭 일제조사도 완수했다. 창어 4호 임무 국제협력하중인 사우디아라비아 소형 광학영상탐지기는 주로 근월점에서 달관측을 수행한다. 그 동안 누계로 30회 이미징을 수행해 또렷한 달 Mare Imbrium 국지 영상 및 페르시아만, 홍해, 지중해, 아라비아반도 등 지역을 포함한 지구-달 사진 등 여러 폭의 과학탐사 영상을 획득했다. 이는 중국과 "일대일로" 연선국가가 우주 분야 협력에서 거둔 또 하나의 대표적 성과로서 양국 심층 우주협력의 서막을 열었다. "룽장 2호"는 기술시험·탐측임무 완성 외 민간 국제교류도 촉진했다. 하얼빈공업대학 연구팀은 위성 발사 전에 중국내 4개 지상국과 준비작업을 완료했고 일본 Wakayama University, 네덜란드 Dwingeloo 25m 전파망원경 등 전세계 40여 개 UV 지상국을 연합해 데이터 수신에 참여시켰다. 2019년 2월 중국측 연구팀과 네덜란드/독일 협력파트너가 공동 촬영한 "가장 아름다운 지구-달 사진"이 영국 "The Independent" 및 미국 "Science"에 발표돼 광범위한 관심을 끌기도 했다.

최초로 운반로켓 낙하지역 안전제어 기술 검증 성공

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2019년 7월 26일 13시 40분, 창정 2호병(長征二號丙) 로켓의 1단 잔해가 구이저우(貴州) 첸난부이족먀오족자치주에서 순조롭게 발견됐다. 이는 중국 첫 운반로켓 그리드핀(grid fin) 분리체 낙하지역 안전제어 기술시험의 성공을 의미한다. 이로써 중국은 미국에 이어 두 번째로 해당 기술을 파악한 국가가 되었다. 최근 운반로켓 잔해 낙하지역 안전과 관련한 문제가 관심을 끌고 있다. 로켓잔해는 임무 완료 후 무제어 상태로 낙하하기에 낙하점 분산 범위가 비교적 크며 때로는 사람이 거주하는 지역에 떨어질 수 있다. 기존의 대비책은 매번 발사임무 전에 낙하지역 내 거주민을 안전지대로 대피시키는 것인데 이는 대중에 불편을 가져다줄 뿐만 아니라 로켓발사의 경제적 비용 및 업무의 어려움을 증가시킨다. 접었다 펼 수 있는 전동(transmission) 그리드핀 시스템은 낙하지역 정밀제어에 있어 핵심 구조적 설비이다. 그리드핀은 로켓 상승단계에 위성발사임무에 영향을 미치지 않도록 로켓측벽에 밀착되어야 하며 대기권 재진입 단계에 언로크(Unlock), 펼침, 제어명령에 따른 회전 등 일련의 복잡한 동작을 수행해야 한다. 뿐만 아니라 1,000℃ 이상의 고온 및 자체 무게의 10배에 가까운 충격력을 견뎌야 한다. 연구팀은 재료 엄선 및 반복적 시험을 통해 로켓에 정밀 작동이 가능한 "날개"를 달았다. 전기시스템(electrical system)은 그리드핀의 작동을 제어하는 "대뇌"이다. 이번 시험에서 차세대 전기시스템이 비행제어 및 데이터전송 임무를 완수했다. 동 시스템은 십여 cm의 상자에 측정, 제어, 원격측정·원격조종 등 기능을 통합시켰다. 또한 그리드핀 제어 관련 핵심 알고리즘을 모두 자체적으로 완성했다. 아울러 관련 응용프로그램을 설치한 핸드폰을 통해 제어 받는 로켓부품의 실시간 위치를 파악할 수 있다. 이번 기술시험의 성공은 중국 내륙 발사장 낙하지역 안전성 문제 해결에 중요한 의미가 있다. 또한 후속 로켓부스터 및 로켓아단에 대한 통제 가능한 회수, 연착륙, 재사용 등 기술 개발에 토대를 마련했다.

중국 민간용 운반로켓, 최초로 궤도 진입 성공

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2019년 7월 25일 13시, 베이징싱지룽야오(星際榮耀)우주과학기술유한회사(이하 싱지룽야오로 약칭)가 개발한 솽취셴(雙曲線) 1호 야오(遙) 1(SQX-1 Y1) 운반로켓은 지우취안(酒泉)위성발사센터에서 위성 2개, 유효하중 3개를 정확하게 예정된 300Km 고도 원형궤도에 발사했다. 이는 베이징란젠(藍箭)우주기술유한회사, 링이(零壹)우주기술유한회사에 이어 중국 3번째로 운반로켓 발사를 시도한 민간기업이다. "3고체 1액체" 4단계 병렬 구조 SQX-1 Y1 운반로켓은 현재 중국 민간 항공우주 분야에서 최대 발사 규모, 최대 운반능력을 보유한 운반로켓이다. 이번 발사 성공은 싱지룽야오가 운반로켓 전체 및 시스템 통합화, 고체 및 자세-궤도 제어 동력, 전기 종합, 내비게이션 유도 및 제어, 발사 테스트, 총조립/총테스트, 핵심 스탠드 얼론(Stand alone) 등 소프트웨어/하드웨어 핵심 기술을 전면적으로 파악하고 운반로켓 시스템 엔지니어링 전체 프로세스, 전체 요소의 연구개발 및 발사 서비스 능력을 보유함과 아울러 상업 모델의 기본 폐루프를 달성했음을 의미한다. 이번 발사에 중국항천과공그룹 우주공학발전유한회사 및 베이징이공대학이 개발한 위성 2개, 시과촹커(西瓜創客) 하중, 싱스다이(星時代)-6 하중 및 모 실험 검증 하중을 탑재했다.

창정 2호병, 제5차 "로켓 1개 위성 3개" 발사 성공

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2019년 7월 26일 11시 57분, 중국항천과기그룹유한회사 산하 중국운반로켓기술연구원이 개발을 담당한 창정 2호병(長征二號丙) 로켓이 시창(西昌)위성발사센터에서 "로켓 1개 위성 3개"의 발사방식으로 야오간(遙感) 30호 05조 위성을 예정궤도에 진입시켰다. 동 로켓은 2017년 9월 29일에 첫 "로켓 하나 위성 3개" 발사를 시작해 현재까지 5차에 거쳐 총 15개 야오간 30호 위성을 성공적으로 발사했다. 고밀도 로켓발사의 해인 2018년에 동 모델 로켓은 주취안(酒泉), 타이위안(太原), 시창 등 위성발사센터에서 도합 6차 발사임무를 수행했다. 또한 위안정(遠征) 1호S 상단을 탑재해 로켓의 운반능력을 배로 증가시켰다. 특히 "파키스탄 원격탐사위성 1호"의 성공적 발사로 19년 만에 국제상업발사서비스시장에 복귀했다. 동 로켓의 발사장은 주발사장인 주취안에서 기타 여러 발사장으로 확장되었고, 2단 상태에서 상단 추가 상태로 바뀌었으며, 로켓 1개 위성 1개의 발사부터 여러 개의 위성을 발사하는 등 다방면적 만능로켓으로 자리매김했다. 이외, 연구팀은 이번 발사에서 로켓잔해 착지점 제어 관련 기술도 검증하여 향후 착지점 범위를 축소시켜 로켓잔해의 착지점을 보다 정확하게 제어하기 위한 연구에 실험적 데이터를 제공할 계획이다. 이번 임무는 창정 2호병 로켓의 제54차 우주비행이자 창정계열 로켓의 제308차 비행이다.

"톈췌(天鵲)" TQ-12 액체산소/메탄 엔진 개발

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2019년 7월 19일 및 21일, 중국 민간 로켓 기업인 란젠(藍箭)항천이 개발한 "톈췌(天鵲)" TQ-12 액체산소/메탄 엔진이 100% 추력 시운전에 성공했다. 최장 시운전 시간은 100s에 달했다. 이번 시운전 과정에서 엔진의 시동/정지는 신속하고 안정적이었으며 실제측정 성능 데이터는 설계 지표에 비해 우수했다. 또한 엔진의 총체적 방안, 시동/정지 프로그램, 노즐 레이저용접, 고효율 터빈펌프, 터빈펌프 유체 동압 밀봉, 신형 밸브 동적 밀봉(Dynamic seal) 등 여러 항목의 혁신 기술의 테스트와 함께 란젠항천이 자체로 구축한 100t급 액체 로켓 엔진 테스트베드(Test bed)도 검증됐다. "톈췌"는 현재 중국 최대 추력의 재사용 가능한 액체산소/메탄 엔진이다. 지상용 엔진의 해수면 추력은 67t, 진공 추력은 76t이며 진공엔진의 진공 추력은 80t이다. 해당 엔진은 재사용, 무독성 친환경, 고신뢰도, 고성능, 저원가, 간단한 조작 등 특성을 보유하고 있으며 항천 주동력(Main power) 기술의 주요 발전 방향을 대표한다. TQ-12 엔진의 100% 추력 100s 시운전 결과, TQ-12 엔진의 여러 핵심 기술 파라미터는 비행 설계 지표 요구에 도달했다. 또한 TQ-12 엔진의 생산품질 및 구조 신뢰성이 비행요구에 접근함을 입증했다. 란젠항천 "80+10"의 로켓 동력시스템 기술 로드맵에 의하면 80t급 엔진 TQ-12는 로켓 1단계 및 2단계에 통용되고 10t급 엔진 TQ-11는 로켓 2단계 보조엔진 및 3단계 주동력에 통용된다. 또한 두 가지 모델 엔진의 병렬 조합을 통해 소형, 중형에서 대형의 "주췌(朱雀)" 모든 시리즈 로켓 패밀리에 적용시켰다. 계획에 따라 향후 TQ-12 엔진의 한계 작동 상황, 한계 경계영역 조건, 장거리 시운전을 수행하여 엔진 설계 제조 품질을 엄격하게 검증할 예정이다. "톈췌" 두 가지 모델 액체산소/메탄 엔진 TQ-11와 TQ-12는 "주췌 2호" 운반 로켓의 동력 시스템을 구성할 전망이다.

세계 첫 화룽 1호 원자로 외부돔 공사 완료

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최근 화룽(華龍) 1호 세계 첫 원자로 시범 프로젝트인 푸칭(福清)원전 5호기 외부돔 콘크리트 타설 공사의 마무리와 함께 화룽 1호 원자로 높이가 73.98m에 달함으로써 푸칭원전 현장의 “새 랜드마크”가 되었다. 아울러 동 원전기의 열 시운전, 핵연료 장전에 기반을 마련했고 또한 후속 화룽 1호 원자로 건설에 소중한 경험을 축적했다. 2중 격납용기 구조를 보유한 화룽 1호는 중국이 완전 자체적 지식재산권을 보유한 3세대 원전기술로서 대형 항공기의 충돌에도 견딜 수 있다. 화룽1호 원자로의 외부돔 구조는 현재 건설 중인 원전 가운데 최대 규모의 격납구조이다. 또한 항공기 충돌에 견디는 기계식 이음 및 풀하중 스캐폴드 지지시스템을 채택해 2중 격납용기 간 지지 및 내장돔 지지를 제공한다. 바깥층 격납용기는 튜브구조와 돔형구조 등 2개 부분으로 나뉜다. 외부 돔형구조는 튜브구조 표준형재와 연결되는데 그 두께는 1.8m이고 전체적으로 준구형 구조이다. 뿐만 아니라 구조 경간이 크고 철근이 조밀하며 콘크리트 강도가 높다. 또한 스틸 라이너 형판 지지를 사용하지 않기에 구조템플릿은 2중 격납용기 사이에 설치된 풀스캐폴드가 지지역할을 담당하기에 시공 어려움이 크다. 외부돔 시공의 중요성 및 복잡성을 감안해 협력을 강화하는 한편 선후하여 시공 선결조건 점검, 안전·품질 특별검사 및 여러 차례 현장 종합 은폐검사를 실시했다. 검사에서 발견된 문제점에 대비해 적시로 해결방안을 제정하여 보완함으로써 시공기간이 짧고 공사규모가 크며 하중지지대 설치의 안전위험이 높으며 고온다우 날씨 등 어려움을 성공적으로 극복했다. 현재 중핵그룹이 건설 중인 중국 내외 4대 화룽 1호 원전 프로젝트 단계별 작업은 계획대로 진척되거나 또는 계획을 앞당겨 완료하였으며 공사의 품질과 안전은 양호한 통제 상태에 있다.

우한대학, 위성탑재 궤도상 지능처리 기술

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최근 우한대학과 창광(長光)위성기술유한회사 등 기관은 공동으로 위성탑재 궤도상 비상응답기술시스템을 제안했다. 동 시스템은 표적 모니터링 및 추적, 고성능 처리, 다중 임무 스케줄링 등 일련의 핵심기술을 파악함과 아울러 기본 프로토타입 및 엔지니어링 프로토타입도 개발했다. 또한 “지린(吉林) 1호” 광스펙트럼 01/02위성에서의 궤도상 테스트를 통해 산불 발화지점, 해상 선박 등 표적에 대한 자동탐지 기능을 확보했다. 위성 처리 결과는 중국 자체 항법시스템을 통한 지상 단말로의 송신이 가능해 비상정보 획득의 시효성을 대폭 향상시켰다. 우한대학이 담당한 국가중점연구개발계획 “지구관측 및 항법” 특별프로젝트의 “지역협력 원격모니터링 및 비상서비스기술시스템”은 응급상황 비상대응 시효성을 높이기 위해 개발한 프로젝트이다. 동 프로젝트는 위성획득 비디오/이미지에 대한 직접적 궤도상 지능화 처리, 분 단위 심지어 초 단위의 “센서에서 슈터”로의 응용 등을 구현하며 비상응답 작업효율을 향상시키는 핵심기술이다. 2019년 3월 21일에 수행한 산불 발화지점 자율적 식별시험에서 위성탑재 시스템은 초당 500km2의 중파 적외선 이미지를 처리하여 고온 발화점을 식별했다. 위성에서 13초 동안의 궤도상 처리를 마친 후에 지상 단말에서 관련 정보를 수신했다. 분석 결과 메콩강 유역 여러 곳에서 고온 발화점을 발견했다. 위성영상 인공 대조검증을 통해 해당 결과의 정확성을 입증했다. 2019년 6월 8일에 모 해역에서 수행한 선박 자율적 수색시험에서 궤도상 위성 처리 정보는 처리 3분 후에 지상 단말에 수신됐다. 지상 대조검증을 통해 시스템 작동은 설계기준에 부합됨이 입증됐다. 위성탑재 궤도상 지능처리 기술성과는 “지린 1호” 광스펙트럼 01/02위성에 성공적으로 이용되어 시스템의 저장 및 데이터 전송 이용률을 높임과 아울러 원격감지 비상정보 획득의 시효성을 대폭 향상시켰으며 향후 위성 원격 비상대응에 핵심 기술적 지원을 제공했다.