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2014-09-29 19:51:34
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=== 추진기관으로서의 로켓 ===
로켓이 추진력을 얻기 위해서는 로켓의 연료인 추진제가 연소관이라 부르는 일종의 통 안에서 타는 것에서 부터 시작된다. 이 연소관 내부에서 연료가 타면 고온고압의 대량의 가스가 발생한다. 이 고압의 가스는 [[압력]]이 낮은 쪽으로 나가려 하는데 로켓추진기관의 꽁무니에는 노즐이라 불리는 구멍이 있다. 즉 좁아터진 공간에서 대량의 가스가 꽉꽉 담겨있다가 빠져나갈 공간을 찾아 다들 우루루 몰려 나가게 되는 것. 이렇게 가스를 뒤로 내뿜으면 그 반작용으로 로켓 자체는 앞으로 나가게 되는데 이것이 로켓의 원리다.[* 공기를 뒤로 내뿜는 것 자체가 [[미사일]]이 앞으로 나가는 원리일 뿐, 이렇게 뿜어낸 가스가 주변의 공기를 밀어내서는 아니다. 만약 주변의 공기를 밀어내는 것이라면 공기가 없는 우주 공간에서는 로켓이 날아갈 수 없다. 실제로 과거 뉴욕 타임즈에서 이를 잘못 이해해서 로켓은 우주에서 날 수 없다는 기사를 썼던 적도 있었다고…]
원리 자체는 [[제트 엔진]]과 비슷하지만 다른 점 하나는 바로 외부로부터 [[공기]]를 공급받지 않는 다는 점이다. 제트 엔진은 기본적으로 외부의 공기를 빨아들이는 과정에서 공기를 압축하며, 여기에 연료를 섞어 연소시킨 다음 더 큰 압력으로 만들어서 뒤로 내뿜는다. 그러나 로켓은 외부로부터 공기를 빨아들이는 과정이 없으며, 이 때문에 제트 엔진에 비해서 대체로 구조가 훨씬 간단하다. 거기다 공기흡입 문제로 속도에 상한선 제한이 걸려 있는 제트 엔진에 비해 고속을 내는 것도 훨씬 자유롭다. 대신 외부로부터 공기를 빨아들이지 못하고 순전히 자신이 가진 연료와 산소를 함유한 산화제만으로 뒤로 내뿜는 가스를 만들어야 하기 때문에 대체로 연료효율 면에서는 제트엔진에 비해 떨어진다. 비행하는 비행기가 굳이 복잡하고 가격도 비싼 제트 엔진을 쓰는 것도 이 때문.[* 드문 케이스지만 로켓을 이용하여 [[전투기]]에 로켓 엔진을 달 궁리를 하기도 하였다. 대표적인 것이 최초의 로켓전투기인 [[Me163 코메트]]. 작전 가능시간은 10분 남짓하였지만…][* 항공기가 아주 짧은 활주로에서 이륙하는 보조수단으로 RATO(Roccket Assist Take-Off)라 불리는 로켓 부스터를 쓰는 경우는 있다.]
다만 로켓이 [[산소]]를 필요로 하지 않는다는 점은 역시 큰 장점이기에 우주비행용으로는 제격이다. 또한 제트 엔진과 달리 로켓 엔진은 복잡하지 않고, 짧은 시간 동안이지만 무게에 비하면 제트 엔진보다 훨씬 큰 추력을 낼 수 있으므로 값싸면서도 큰 힘을 낼 수 있는 추진기관으로서 미사일이나 밑에 설명할 로켓 무기 등의 추진기관으로 널리 쓰이고 있다. 다만 연료효율이 나쁘므로 보통 우리가 흔히 아는 미사일들의 로켓 작동시간은 10초를 넘기는 경우가 드물다. [[ICBM]]처럼 수 천 km를 날아가는 미사일도 30초~1분 정도가 고작이며 그 이후에는 관성(혹은 종류에 따라 관성과 중력)에 의해 속도를 유지한다.[* 다만 대기권 내에서 쓰이는 대부분의 미사일은 공기저항에 의해 실질적으로는 날아가면서 속도나 고도 둘 중 하나를 까먹으면서 날아간다.]
로켓의 추진기관은 보통 노즐이란 형태로 분사구 모양이 생겼는데, 뒤로 갈 수록 구멍이 점점 좁아지는 구조이다. 이는 뒤로 분사되는 가스의 속도가 빠르면 빠를 수록 추력이 커지기 때문. 흐르는 물체는 노즐처럼 점점 좁아지는 관을 지날 수록 속도가 빨라진다.[* 물론 좁아지는 크기에는 정도라는 것이 있다. 지나치게 좁게 만들 경우 내부의 압력이 제대로 빠져나가지 못하며, 이를 초킹, 즉 질식상태라고 한다. 잘못하면 내부 압력이 제대로 빠져나가지 못하고 계속 연료가 타들어가서 결국 뻥…화려한 폭죽놀이 쇼를 볼 수 있게 된다.] 다만 현대의 로켓 노즐은 대부분 일단 좁은 목을 지나면 다시 나팔처럼 넓어지는 구조를 가졌다. 이를 처음 고안한 사람의 이름을 따서 라발(Laval) 노즐 이라고 한다. ~~나팔 노즐이 아니다.~~ 이는 공기의 흐름이 일단 [[음속]]을 넘으면 이번에는 점점 넓어지는 통로를 만나야 속도가 더 빨라지기 때문. 아음속에서는 통로가 좁아질수록 유동의 속도가 빨라지고 음속 이상에서는 다시 통로가 넓어지면 더욱 빨라진다.
이 로켓용 노즐은 현대에는 높은 온도에도 잘 견디면서도 엄청나게 빠른 속도의 가스로 인해 깎여 나가는(삭마되는) 양이 적은 탄소 복합 섬유를 이용하여 만든다. 다만 이러한 탄소 복합 섬유도 우주발사용 로켓 같은 장시간 운용되는 로켓용에는 적합하지 않은데, 여기에는 현재는 주로 [[금속]] 재질의 노즐이 쓰인다. [[텅스텐]]이 3000도가 넘는 온도에서도 잘 견디고 잘 깎여 나가지도 않으므로 좋지만 가공하기가 매우 어려운 금속이다보니 정확한 모양으로 노즐을 만들기가 너무 까다롭다. 그래서 [[레늄]]이란 소재를 써서 만드는데 문제는 이 레늄이 겁나게 비싼 물건이라서…[* [[레늄]]은 보통 분말 형태로 만들어서 틀에 넣고 찍은 다음 굳히는 분말야금 방식이나, 아예 화학적으로 처리하여 기체상태로 만든다음 정해진 틀에 기체상태의 레늄이 다시 정해진 틀에가서 들러붙으며 만들어지는 화학적 증기방법 등을 사용하여 제품을 만든다.]
아주 간단한 형태의 모형 로켓을 취미로 즐기는 사람들도 많은데, 보통 밑에 설명할 간단한 구조의 고체추진 방식이다. 전기신호 등으로 점화시키면 발사대를 따라 수직으로 슝-하고 날아오르는데, 로켓이 다 타버리면 위쪽으로도 순간적으로 높은 압력의 가스를 분출하도록 되어있다. 그러면 로켓 앞쪽 머리 부분으로 가스가 분출되면서 뚜껑 형태의 머리 부분이 분리되고, 그 안에 [[낙하산]]이 바깥으로 빠져나와 펼쳐져 낙하산을 타고 로켓이 내려온다. 바람 부는 날에는 엉뚱한 곳으로 날아가서 못 찾게 되기 쉬우므로 로켓에 이름과 연락처를 써 놓으면 좀 낫다…
아무래도 모형 로켓이라 해도 실제로 불이 붙어 날아가는 것이고, 그 속도도 상당하여 위험하다 보니[* 실제로 사람이 사망하는 사고도 일어난다.] 최근에는 어린이 용으로 물로켓이 유행. 물을 펌프를 이용하여 물로켓 안의 물통안에 최대한 높은 압력으로 채웠다가 순간적으로 물로켓을 분리시키면 높은 압력의 물이 바깥으로 분출되면서 그 반작용으로 물로켓이 날아간다.
사실 거의 대부분의 로켓은 연료와 산화제를 반응·연소해서 얻는 가스로 추진력을 얻지만, 물로켓 방식처럼 미리 높은 압력의 가스나 액체등을 저장해 두었다가 필요하면 이를 분출하여 추진력을 얻는 방식도 실제로 쓰이기도 한다. 이를테면 우주선의 자세제어용 로켓들.
주로 상대적으로 작은 미사일 등에 쓰이는 로켓은 '''그까이꺼 대충~''' 만들면 되지만, 장거리 미사일인 ICBM이나, [[우주선]], [[인공위성]], 혹은 사람같은 주요 화물(?)이 탑승하는 우주발사체의 경우 매우 정교하게 만들어야 된다. 특히 사람이 탔는데 극심한 [[포고 현상]]에 빠지면 승무원은 요단강 익스프레스…
또 로켓 기관이란 것 자체가 간단하게 말하면 [[폭발]] 중인 상황에 연료와 산소를 계속 공급하면서 한쪽으로 그 [[에너지]]를 쏠리게 해서 추력편향시키는 개념이므로, 잘못 만들면 그대로 저 [[하늘]]의 [[별]]이 되는 수가 있다. 최악의 경우에는 자폭장치마저 제어불능이 된 채 [[도시]]에 떨어져 폭발, 최소 수백명이 사망하는 대 참사가 일어나기도 한다.
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대표적인 사례가 중국의 [wiki:"장정 3호 참사"장정 3호 발사 실패 참사].
동영상을 봐도 피해지역이 차량으로 가로질러가도 한참 걸릴 정도로 넓은 데 저 사고로 '''수십 명'''밖에 사상자가 발생하지 않았다고 중국은 우기고 있다. 더 가관인 건 중국에서는 [[바람]] 때문에 로켓이 기운 것이라고 했다. 그런데 장정 3호가 기울어지는 시점을 본다면 '[[태풍]]이라도 분 거냐!!!'란 소리가 입에서 절로 나올 지경이다. 덕분에 중국은 자국민을 대상으로 ICBM을 시험했다는 비아냥까지 들었다. 괜히 'It's not rocket science'라는 말이 나온 게 아니다. 그만큼 로켓을 만들고 발사하는 게 엄청나게 어렵다는 얘기. 거의 [[클리셰]] 정도로 유머에 종종 쓰이고 실생활에서도 많이 쓰인다.
[[로켓티어]]로 시작된 등짝에 로켓팩이나 추진기관을 달고 날아다니는 캐릭터 유형 클리셰도 있다. 워해머 40k의 [[스톰보이즈]]라든가, [[스타크래프트2]]의 [[사신]]이라든가, [[아이언 맨]] 이라든가…실제로 비슷한 물건을 미국이 만들어서 군사목적으로 사용하려 한 적이 있으나 로켓은 아니고 제트 엔진을 이용한 [[제트팩]]이다. 이 물건은 [wiki:"꿈의 70년대 미군"군사목적으로 쓰는데는 실패하였으나] 1984년 LA [[올림픽]]의 개막식에 등장시켜 많은 이들을 놀라게 하였다.
밑에 설명할 무기로서의 로켓 이외에도 인공위성이나 [[우주인]] 등을 [[우주]]로 쏘아올리는 것도 흔히 로켓이라 하는데, 이는 실질적으로 현재 인류가 가진 기술로는 우주로 무언가를 쏘아올리는 방법으로는 로켓 추진기관이 유일하기 때문. 다만 로켓 자체는 추진기관을 일컫는 말이므로, 로켓 추진 기관을 포함하여 전체 시스템을 일컫는 말로 우주발사체(Space launch vehicle)라는 단어가 있다.
[[러시아]]의 수학자인 [[콘스탄틴 치올코프스키]]가 고안한 로켓 [[방정식]]은 로켓의 무게와 연료의 무게를 계산해 목표한 궤도에 올리는데 사용된다. 이 외에도 로켓과 관련하여 유명한 사람이라면 고다드, [[베르너 폰 브라운]], [[세르게이 코롤료프]], [[존 카멕]] 등이 있다.
[[핵융합]]이나 [[핵분열]]을 이용하는 로켓 시스템도 연구된 바 있지만 일단 핵융합은 그 자체가 제대로 제어가 어렵고, 핵분열은 그나마 현재 기술로 제어가 가능하지만 이게 만약 잘못되어 지구 어딘가에 떨어지면 [[방사능]]으로 인하여 엄청나게 위험하기 때문에 국제적으로 연구금지 협약 [[크리]].
로켓을 분류하는 방법은 여러가지가 있는데, 일단 생김새에 따라 분류할 수 있다. 로켓 본체 주변에 4개의 보조로켓을 나란히 세우는 [[묶음식 로켓]]과 2, 3단계로 계단 쌓듯이 쌓는 단계식 로켓이 있다. 묶음식 로켓은 화력이 강한 대신 출력의 균형을 맞추기가 어려워서 [[사장]]되는 추세. 대신 모양새는 제법 멋있다.
로켓은 연료와 작동방식에 따라 고체, 액체, 하이브리드식, 그리고 램로켓으로 분류할 수 있다.
=로켓원리 검색해보니 이렇게 써있네요^^=