R-7

Р-7(8К71)

R-7 혹은 소유즈 로켓은 세르게이 코롤료프가 설계한 로켓이다. 미국의 새턴 로켓과 함께 우주 경쟁을 대표하는 상징으로 유명하다.

나토 코드는 "SS-6 Sapwood"이며, 개발된지 60년이 지난 현재도 꾸준히 개량하여 사용 중이다.

1953년, 모스크바 주에 위치한 코롤료프[2]라는 비밀도시에서 최초로 개발되었으며, 1957년 시험발사에 성공했다.

최초의 ICBM이자, 최초의 우주 발사체이며, 최초의 인공위성인 스푸트니크를 실어나르고, 최초로 달에 탐사로봇을 보냈으며, 최초로 사람을 우주로 보낸 위대한 업적을 달성한 로켓이다. 결과적으로는 미국의 새턴 로켓 및 우주 왕복선들과 경쟁에 성공해 현재까지도 러시아의 주력 우주 발사체로서 이용되고 있다.

모든 파생형 공통으로 엔진 수는 5개, 노즐과 연소실이 32개인 구조다. 1단부의 경우 8개의[3] 노즐이 1개의 터보펌프와 연소실에 연결된 구조이며, 부스터의 경우는 각각 6개의[4] 노즐에 1개의 터보펌프와 연소실이 연결된 구조를 띈다. 또 2단부 엔진은 1단부 엔진이 완전히 정지하기 전에 점화되는데, 중력의 영향이 적은 우주공간에서 엔진을 점화시키기 위해서는 연료를 안정화시킬 필요가 있고, 이를 위해 가속력이 필요하기 때문이다. 현대의 로켓들은 대부분 율리지 모터라는, 단 분리시 작동되는 고체 소형 로켓이 이 역할을 맡지만, 소유즈는 그런 거 없다. 따라서 1단과 2단 사이를 인터스테이지 페어링으로 닫는 대신 트러스 골조로 개방된 상태로 연결했다. 이는 프로톤 로켓에서도 찾아볼 수 있는 특징이다.

34미터의 크기에, 3미터의 직경, 280톤의 무게를 가지고, 액체 산소와 케로신을 사용한 연료를 사용해 8,800Km 떨어진 곳까지 5.3~5.5톤의 재돌입체로 3메가톤급 수소폭탄을 수송할 수 있다.[7] 그러나 세계 최초의 대륙간 탄도 미사일이다 보니 원형공산오차가 5Km에 달한다.

최초로 설계할 당시에는 7000~8000km급 사거리에 2단 로켓 방식의 미사일을 만드려고 하였다. 탄두는 3톤 정도로 예상하고 미사일의 머리부분을 감안해 설계했다. 하지만 1953년 테스트 이후 미사일 머리부분이 3톤짜리 탄두 수송을 위해 더 커져야 한다고 판명되었고, 로켓을 키우면서 사거리를 유지하기 위해 미사일을 통째로 크게 만들었다. 결국 무게는 170톤에서 280톤까지 늘어나게 된다.



카자흐스탄에 위치한 전세계적으로 유명한 우주 발사체 기지인 바이코누르 우주기지의 시초가 이 R-7 미사일 기지였었다. 물론 양키들은 U-2로 사진을 다 찍어가셨다. 윗 사진은 CIA가 1957년에 U-2기로 찍은 가가린 스타트이다.

R-7시리즈는 업그레이드를 거듭해 현재도 소유즈 발사에 사용되고 있는 세계에서 가장 안전한 로켓이다. 로켓계에서는 폭스바겐과 AK-47의 지위를 갖고 있다고 보면 된다. 우주 경쟁에서 인류 과학력의 극한을 보여준 것이 새턴 로켓과 우주왕복선이라면, 최고의 안전성, 신뢰성을 보여주고 있는 것은 R-7인 셈. 중증 하이테크 모에를 가진 미국과 대조되는 소련-러시아 특유의 '가성비와 안정성이 보장된 물건의 대량생산'이라는 사상을 잘 보여주는 물건이다.

소련군은 이를 1962년에 제식화했다. 그러나 한 기의 발사체마다 3300만 달러,[8] 그 당시 소련 국방비의 5%를 잡아먹는 어마어마한 예산 + U-2가 날아다니면서 있는 위치를 다 찍어갔고 + 발사하려고 준비하는 데에만 20시간 걸리는 등 안습의 행보를 걸었다. 이러한 단점들로 인해 소련에선 2세대 ICBM의 제작에 박차를 가하고, 결국 1968년 미사일로서는 제식에서 풀렸지만 그 후로 열심히 우주발사체로 써먹는다. 심지어 이제는 서방국가들의 우주인들이나 상용위성들도 고객으로 받고있다.

2011년부터는 기아나 우주센터에서도 소유즈-2의 개량형인 소유즈 STB가 발사된다. 헤비급인 아리안 5, 라이트급인 베가[9] 사이의 어중간한 미들급을 담당한다.

2016년 4월 27일 블라디미르 푸틴 등 높으신 분들이 참석한 가운데 보스토치니 우주기지에서의 첫 발사가 성공했다. 특히 페이로드 중 한국 성균관대학교의 주도로 개발된 감마선 우주망원경 UFFO 패스파인더가 탑재되어 한국에서도 대대적으로 보도되었다.

소유즈 FG는 1957년 첫 발사에 성공한 R-7 로켓을 기반으로 개량된 파생형 중의 하나로 국제 우주정거장에 유인우주선인 소유즈 우주선과 프로그레스 보급기를 발사하는 데에 이용되고 있다. 소유즈 FG는 소유즈 U 발사체를 기반으로 성능과 안전성을 향상시킨 모델로, 프로그레스사와 에네르기아사 그리고 러시아 우주국에 의해 제조된다. 소유즈 FG 로켓은 50번의 비행을 모두 성공적으로 실시하였다. 2018년 10월 소유즈 FG 로켓으로는 첫 번 째 발사 실패사고가 났다. 발사 후 3분 정도에 코어에서 분리되어야 하는 부스터 4개 중에 1개가 분리되지 않았다. 그리고 2019년 9월 25일 마지막으로 UAE의 우주 관광객 1명과 승무원 2명을 태우고 ISS로 소유즈-MS 15를 떠내보내면서 퇴역했다.

1단(부스터)[10]
소유즈 FG는 4개의 액체 연료 기반 부스터를 장착하고 있다. 4개의 부스터는 최대 추력에 도달하기 위해 이륙 직전에 미리 점화되며 동시에 분리된다. 부스터는 약 2.68m의 직경과 19.6m의 높이를 가지고 있으며 부스터의 하단에는 RD-107 엔진이 탑재되어 있다. RD-107 엔진은 약 835.5kN의 추력을 발생시키며 초당 91kg의 케로신과 226kg의 액체 산소를 공급할 수 있는 터보펌프를 가지고 있다. 연료 탱크의 압력은 구형 탱크에 저장되어 있는 질소에 의해 이루어진다.
 
2단(코어)
소유즈의 코어 스테이지는 직경이 2.95m, 높이가 27.8m이며, 설계상 상단 부분의 직경이 더 크도록 이루어졌다. 코어 스테이지는 부스터와 유사한 RD-108A 엔진에 의해 약 792kN의 추력을 공급받는다. RD-108A 엔진은 258초의 해수면 비추력을 가지고 있으며 공중량은 1,075kg이다. 엔진의 펌프는 2,600kg의 과산화수소에 의해 작동하며, 약 500kg의 질소에 의해 연소실 압력을 일정하게 유지한다.

3단
발사체의 상단은 높이가 약 6.74m 직경이 약 2.66m 이며 발사체 컨트롤, 지상국과의 교신 역할 등을 맡고 있는 소유즈 로켓의 전자장비들이 탑재되어 있는 곳이다. 3단은 약 22톤의 추진제를 탑재하는 것이 가능하며 약 297kN의 추진력을 가지고 있는 RD-0110 엔진에 의해 추력을 공급받는다. RD-0110 엔진은 가스 발생기 식 사이클이며, 4개의 보조 엔진과 재작동 노즐을 가지고 있다.

발사 탈출 시스템
소유즈 FG의 특징은 발사 시 승무원들의 안전을 위하여 발사 탈출 시스템을 가지고 있다는 점인데 이 발사 탈출 시스템은 소유즈 로켓의 발사 중 이상이 생겼을 때 작동하여 발사장 인근에 우주인들을 안전하게 착륙시키는 역할을 담당한다. 발사 탈출 시스템은 6초 동안 분사할 수 있는 약 715kN의 추력기를 가지고 있으며 발사 157초 이후에는 중량 감소를 통한 속도 증분 획득을 위해 분리된다.

소유즈 2.1A/B는 러시아 소유즈 발사체의 차세대 기종이다. 발사체는 이전 세대의 그것과 대부분 비슷하지만, 보다 유연하고 업그레이드 된 조종 시스템을 가지고 있다. 소유즈 2.1A/B 로켓은 바이코누르 우주기지, 플라셰츠크 우주기지 뿐만 아니라 유럽 우주국(ESA)의 기아나 우주센터에서도 운용된다. 2.1A/B 시리즈는 러시아 정부의 이용자 뿐만이 아니라 아리안스페이스 사의 상업용 이용자에게도 개방되어 있는 발사체인 것이다. 참고로 기아나에서 발사되는 소유즈 2.1은 ST형이다.
2019년에 소유즈-FG를 대신해 소유즈 우주선을 실어나를수 있는지 시험발사 했고, 성공했다. 이후 소유즈 미션들은 모두 소유즈-2.1A/B가 담당하게 된다.

1단(부스터)

소유즈 2의 부스터는 4개의 액체로켓 부스터로 이루어져 있다. 4개의 부스터는 최대 추력에 도달하기 위하여 이륙 직전 코어 엔진보다 먼저 작동되며 동시에 분리된다. 부스터는 항력을 감소시키기 위해 테이퍼-원통형 모양으로 되어 있으며 각각의 부스터는 RP-1과 액체 산소 총 39,160kg을 탑재한다. 1단에는 RD-017A 엔진이 장착되어 있으며, 엔진 1개당 약 837.5kN의 추력을 발생시킨다. RD-107A는 이전 세대의 엔진들에 비해 연소에 있어 보다 우수한 성능을 지니고 있다. RD-107A는 터보펌프에 의해 초당 91kg의 케로신과 226kg의 액체 산소를 공급받으며 몇몇 펌프들은 소유즈의 비행 동안 기화된 질소를 이용, 연료 탱크의 압력을 유지시킨다. 엔진의 공중량은 약 1,250kN이며 높이는 2.57m, 직경은 약 1.58m이다.

2단(코어 스테이지)

4개의 부스터로 둘러싸여 있는 코어 스테이지는 부스터 분리 이후에도 지속적으로 상승에 필요한 추력을 제공한다. 코어 스테이지의 높이는 27.8m, 직경은 약 2.95m로 약 90,200kg의 RP-1과 액체 산소를 탑재하고 있다. 코어 스테이지는 4개의 연소실로 구성되어 있는 RD-108A 엔진으로 이루어져 있으며 메인 터보펌프는 과산화수소에 의해 작동한다. 엔진은 약 792.5kN의 추력을 발생시키며 진공추력은 약 990.2kN이다. 또한 김발 기능을 지원하기 위해 4개의 35kN급 엔진이 장착되어 있으며 코어 스테이지는 약 290초 동안 연소하게 된다.

3단

소유즈 2.1A와 소유즈 2.1B의 상단은 높이가 6.74m, 직경은 2.66m이다. 기존 연료탱크가 산화제 탱크 위에 구형의 연료 탱크 구조가 위치한 구조를 이루고 있는 것과 달리, 소유즈의 연료 탱크는 평평한 바닥의 원통형 탱크로 이루어져 있어 보다 더 많은 연료를 탑재할 수 있다. 소유즈 전체의 에비오닉스 체계가 상단에 설치되어 있으며 이것이 바로 소유즈 2와 다른 버전 사이의 차이점이다.

소유즈 2.1A와 2.1B 버전의 가장 큰 차이점은 탑재되는 엔진인데, 소유즈 2.1A는 RD-0110 엔진을 채택하고 있는 데에 반해 소유즈 2.1B는 RD-0124 엔진을 탑재하고 있다. RD-0110 엔진은 가스 발생기 사이클로 약 297.9kN의 추력과 326초의 비추력 수치를 나타내고 있다. 메인 터보펌프는 약 18,400rpm의 속도로 회전하여 연료를 공급할 수 있다.

또한 엔진은 4개의 궤도 조절용 추력기를 가지고 있는데 각각의 추력기는 약 6kN의 추력을 발생시키며 김발 기능을 가지고 있다. RD-0124 엔진은 단계식 연소 사이클을 이용하며 성능을 높이기 위해 산화제 과잉(Oxidizer-rich) 방식의 가스 제너레이터를 사용한다. RD-0124는 직경이 2.4m, 높이가 1.58m이며 공중량은 572kg이다. 이 엔진은 294.3kN의 추력을 발생시키며 연소실 압력이 이전 버전(RD-0110)에 비해 현격히 상승한 덕분에 359초라는 우수한 비추력 성능을 나타낸다. 가스 발생기는 약 973K, 초당 59.85kg의 유량, 319bar의 높은 압력을 가지는 가스를 발생시킨다. 따라서 터빈 또한 39,000rpm이라는 높은 속도로 회전하며 터빈을 회전시키고 나가는 가스의 압력은 약 185bar이다.
프레갓 스테이지

발사 탈출 시스템
소유즈 FG에 달려있던 탈출 시스템이 그대로 전승되었다. 사양은 FG와 동일.

소유즈 2.1V는 소유즈 2.1 시리즈 로켓 중에서도 3톤 미만의 저궤도 화물을 담당하고 있으며 로콧의 은퇴에 따른 빈자리를 채워줄 발사체이다. 소유즈 2.1V는 기존의 R-7의 개량형으로 이어져 왔던 소유즈와는 많이 다른 시스템을 보여주고 있으며 특히 별도의 부스터를 사용하지 않았다는 점에서 코어 스테이지의 설계에도 큰 변화가 적용되어 있다. 소유즈 2.1V는 소유즈 2.1B 버전에서 코어 스테이지에 RD-118 엔진이 아닌 NK-33 엔진으로 대체한 것이 특징이다.

1단

소유즈 2.1V 발사체의 1단은 높이 27.8m에 직경은 2.95m이다. 그러나 하단 부분의 직경이 2.66m로 증가한 것이 특징이다. 1단은 케로신(RP-1)과 액체 산소 조합의 연료를 사용하며 연료 탱크는 알루미늄-알로이 재질로 이루어져 있다.

또한 액체 수소 탱크 내에는 연료 탱크의 압력을 유지하기 위한 액체 헬륨이 별도의 탱크에 저장되어 있다. NK-33 엔진은 본래 구소련의 달탐사 계획인 N1 발사체에 이용될 엔진이었다. NK-33 엔진은 우수한 성능을 바탕으로 하여 소유즈 2.1V 뿐만 아니라 미국 에어로제트로켓다인 사의 AJ-26 엔진의 기반이 되기도 하였다.

NK-33 엔진의 연소실 압력은 145bar 이며 해수면에서 1,630kN이라는 높은 추력을 발생시킨다. 엔진의 길이는 3.7M, 직경은 1.45m이며 공중량은 1,235kg이다. 엔진의 진공 비추력은 331초에 이르며 미국 스페이스X의 멀린 1D 엔진에 이어 세계에서 2번째로 추력 대 중량비가 우수한 엔진이다. 또한 NK-33 엔진에 이용되는 액체 산소는 영하 187도에서 보관되며, 터보펌프 베어링을 냉각시키는 데에도 사용된다. NK-33 은 Хвостовой Отсек(흐보스토보이 아트셱)이라 불리우는 후부의 별도 칸에 장착되어 있는데 이 칸은 메인 엔진인 NK-33과 궤도 조정을 위한 4기의 RD-0110 엔진을 연결하는 목적을 가지고 있다.

2단

소유즈 2.1V 로켓의 2단은 소유즈 2.1B의 그것과 동일하게 설계되었다. 상단은 직경이 2.66M, 높이가 6.74m이며 공중량은 2,355kg이다. 또한 단계식 연소 사이클을 채택하고 있는 RD-0124 엔진을 탑재하고 있다. RD-0124는 직경이 2.4m, 높이가 1.58m이며 공중량은 572kg이다. 이 엔진은 294.3kN의 추력을 발생시키며 연소실 압력이 이전 버전(RD-0110)에 비해 현격히 상승한 덕분에 359초라는 우수한 비추력을 보여준다. 가스 발생기는 약 973K의 온도의 가스를 생성하며 초당 59.85kg의 유량에 319bar라는 매우 높은 압력을 발생시킨다. 따라서 터빈 또한 39,000rpm이라는 높은 속도로 회전하며 터빈을 회전시키고 나가는 가스의 압력은 약 185bar이다.
 
볼가 상단

발사능력의 향상을 위해서, 소유즈 2.1V는 ‘볼가’라고 불리우는 소형의 상단을 이용한다. 이 상단은 3.1m의 직경과 1.03m의 높이를 지니고 있으며 공중량은 890kg이다. 이것은 비대칭디메틸하이드라진과 과산화산소를 추진제로 사용하고 있으며 307초의 비추력과 2.94kN의 진공 추력을 보여주고 있다. 또한 볼가는 보다 정교한 장거리의 미션을 위하여 글로나스 위성항법체계와 별 추적기를 이용하고 있다. [11]

소유즈-5는 러시아 프로그레스사에서 2016년에 제안, 현재 개발하고 있는 우주발사체이다
이전 소유즈 시리즈와는 다른 특징으로는 다발의 엔진을 묶은 형태가 아니라 단발의 엔진[12]을 사용한 것이 매우 큰 특징이다
이 우주발사체는 이전의 소유즈처럼 화물운송[13]을 하게 될 것으로 예상된다
이 로켓은 2024년에 첫 발사를 계획하고있다
카자흐스탄과 협력하여 바이코누르 우주기지의 제니트2호 발사장에서 발사될 것이다
3단 액체 로켓이며, 모두 RG-1/액체산소를 쓴다

특유의 디자인인 주엔진 4개 때문에, 나중에 주엔진이 분리될때 사진과 같은 형상이 나오는데 이를 개발자의 이름을 따 코롤료프 크로스라고 한다. 날씨가 맑은 날에는 이를 발사 현장에서 목격할 수 있다고 한다.

일본 애니메이션 왕립우주군의 발사 로켓은 R-7을 모델로 디자인되었다. 단, 실제로 발사시의 연출은 우주왕복선의 발사를 직접 참관함으로써 그려졌으며, 새턴 로켓의 발사영상과도 매우 유사하다.

커맨드 앤 컨커 레드얼럿2의 소련군 진영의 슈퍼무기인 핵 미사일 사일로에서 발사준비된 핵미사일은 R-7과 겉모습이 유사하다. 그런데 어째선지 주엔진 분리 없이 그대로 투하되는 그냥 거대 V3 미사일처럼 사용된다. 이보다 앞서 커맨드 앤 컨커 레드얼럿에도 등장하는데 소련군이 아닌 연합군의 GPS 위성 발사 로켓으로 등장한다. 콜 오브 듀티: 블랙 옵스에서 파괴시키는 로켓도 해당 로켓이다.

스페이스 댄디 8화에서 댄디가 근처에 있던 폐품들을 조립해 즉석으로 만들었고, 그 곳에 홀로 머물고 있던 개의 유해를 우주장하는 데 썼다.