항공우주학 로켓의 종류와 구별하는 방법

멀지 않은 미래에는 사람들이 비행기를 타고 해외를 나가듯이 우주선을 타고 우주로 나갈수 있지 않을까하는 꿈을 꿨다. 항공기가 지구 대기권을 이동을 하는 물체라면 로켓은 우주공간으로 비행할 수 있다. 일반적으로 비행기에 사용되는 엔진은 공기가 앞쪽에서 들어와 압축을 시킨뒤 그 가스를 튀쪽으로 분사시키면서 얻은 추진력으로 비행을 한다. 반대로 로켓의 엔진은 연료와 산화제가 만나서 연소를 하고 그 가스를 노즐로 분출시켜 얻은 추진력으로 비행을 한다.

 

로켓은 엔진에 따라 종류가 다양하다.

이온엔진은 장거리 비행을 하기위해 연구된 엔진으로 이온을 발사해서 추진력을 얻는다. 여기서 이온이란 원자나 분자가 전기를 띄게 되는 상태를 말하는 것으로 불황성 가스 원소를 주로 사용한다. 무색, 무취, 무맛으로 폭발할 위험이 없는 불활성 기체인 제논이 주 연료이다. 하지만 이온엔진은 공기저항이 없는 우주비행에는 적합하나 중력을 탈출하는 용도로는 부적합하다. 로켓엔진에 비해서 추력이 약하기 때문이다.

 

열핵 추진 방식인 열핵로켓이 있다. 이러한 열핵로켓은 핵분열 반응시 나오는 열을 이용하는 방식으로 강한 추진력을 기반하고 있다. 방사능 오염 부분만 아니라면 적은 연료로 오래 사용할 수 있는 장점이 있는 로켓이다. 로켓에 들어있는 원자로를 방사능에 오염되지 않도록 밀봉하고, 원자로에서 발생한 열이 이동하여 수소를 끓이게 되는데 수소는 온도가 올라가면서 부피가 증가하게 되고 증가한 부피로 인해 압력도 같이 증가한다. 이때 증가한 압력으로 수소기체를 내보내면서 추진력을 얻는것이라고 한다.

 

램제트는 공기가 있는곳에서만 사용이 가능한 제트엔진의 한종류인데 공기가 아닌 수소원자를 이용해서 사용하는 방법이다. 우주공간에 존재하는 수소원자를 모아서 뒤쪽으로 보내 연료로 사용한다. 하지만 이렇게 이용하기 위해서는 핵융합에 충분한 수소가 모아져야 하는데 그만큼 채집장치가 거대해져야한다. 채집장치가 커지게 되면 내구성이 떨어짐으로 현재 초전도코일을 감싸서 사용하는 방법이 연구되고 있다고 한다.

 

 

 

로켓은 연료에 따라 구별이 된다.

 

 

로켓은 액체연료를 사용하는 액체로켓과 고체연료를 사용하는 고체로켓으로 분류가 된다. 액체로켓은 엔진을 필요할때마다 키고 끄는것이 용이해 정밀한 작업을 요하는 곳에서 주로 사용된다. 상업용으로 사용되는 로켓은 대부분 액체로켓을 이용한다고 보면된다. 대한민국 최초의 우주발사체인 나로호 1호도 액체로켓으로 만들어졌다. 액체 로켓의 구성으로는 우리몸의 심장과 같은 역할을 하는 터보펌프가 있다. 이는 사람의 몸에서 심장이 혈액을 전신으로 보내는 것처럼 연료와 산화제를 연소기와 가스발생기에 공급하는 역할을 한다.

 

터보펌프 외에도 액체산소와 연료가 공급되는 연소기가 있으며, 분무기 플레이트가 연소기 맨위쪽에 자리잡고 있다. 이는 연소실로 들어오는 추진제의 양을 매초마다 계산하고, 액체가 곱고 고르게 뿌려질수 있도록 부수며, 연료와 산화제가 잘 섞일 수 있도록 도와주는 역할을 한다.

 

고체로켓으로는 고려 말경에 최무선이 처음 개발한 주화가 있었고, 그후에  조선시대에 만들어진 신기전이 있다. 주로 목탄과 유황을 연료로 사용하였으며 몸통은 한지를 말아서 만들었다고 한다. 현재는 연료로 알루미늄을 많이 사용하고 있는데 액체로켓과는 달리 한번 불을 붙이게 되면 조절이 불가능하다는 단점이 있다. 반면에 장점으로는 구조가 간단하기 때문에 제작이 용이하고 유지하는 비용이 저렴하여 액체로켓보다 경제적이다. 그리하여 고체로켓은 현재 미사일의 추진 기관으로 많이 사용되고 있으며, 추력 보강용으로도 많이 사용되는 추세이다.