발사체 상단 시스템의 중량 변화는 탑재체의 중량 변화와 직결됨으로 중량 최소화가 매우 중요하다. 또한 운용 신뢰도가 매우 높아야 하며 추진제 잔류량을 최소화할 수 있게 설계하여야 한다. 극저온 추진제 탱크 가압시스템은 전체 중량에 큰 부분을 차지함으로 최소 중량을 달성하기 위해 시스템 형태에 대한 선정이 중요하다. 본 논문에서는 최상단 극저온 추진제 탱크 가압 시스템의 한 형태인 헬륨 버블링 방법에 대해 시스템 중량 및 운용 측면에서 검토하였다. 헬륨 버블링 과정에서의 열 및 물질전달 과정을 분석하고 전달 과정에 영향을 주는 주요 인자에 대해 검토하였다. 한국형 발사체 최상단 시스템을 적용 모델로 고온 헬륨 가스를 이용하는 시스템과 헬륨 버블링을 사용하는 가압 시스템의 운용 조건을 비교 검토하였다. 결과적으로 낮은 운용 압력 범위에서는 헬륨 버블링 시스템은 매우 효과적임을 확인하였다.
It is very important to minimize the weight of system because the weight variation of upper stage is directly related to the weight of payload. The design of system should be performed for high reliability of operation and minimum residual of propellant. The weight of pressurization system is a big portion of total weight of system. Therefore some typed as a pressurization system should be reviewed and selected. In this paper, helium bubbling method as a pressurization system for liquid oxygen tank of upper stage was reviewed in respect of weight of system and operation. The process of heat and mass transfer between helium bubble and liquid oxygen was analyzed and main factors affecting the transfer process were discussed. Finally, helium bubbling system was compared to hot helium gas system with upper stage of KSLV-II in respect of operation conditions. As a result, it was confirmed that helium bubbling system is very effective at the low operation pressure.