왜 로켓인가? 로켓 발사 과정 원리 구조

그 큰 로켓이 발사되는 과정을 보면 신기하기도 하고 궁금하기도 하다. 우주를 향해 힘차게 뻗어 올라가는 걸

보면 뿌듯하기도 하고 중간에 터지지 않을까 조마조마하기도 하고 어떻게 저렇게 큰 발사체가 올라가는지 궁

금하기도 하다. 중간에 단 분리를 해서 연료 파트를 떨궈내기도 하는데 왜 그러는지도 궁금하다. 좀 더 알게 될

수록 사물을 이해하는 힘이 커지는 것이 느껴진다. 더 많이 알고 싶고 공부해보고 싶다.

 

 

로켓에 적용된 핵심 과학 원리

 

뉴턴의 운동 법칙. 제 3법칙인 작용 반작용의 법칙이다. 아이작 뉴턴이 누구인지 모두가 알 것이다. 그 유명한

사과나무 아래서 만유인력 법칙과 3가지 운동법칙을 알아낸 사람. 천재 과학자 아이작 뉴턴. 무려 300년 전 발

견했다. 이 법칙은 모든 작용에는 크기가 같고 방향이 반대인 반작용이 항상 존재한다는 뜻이다. 로켓이 발사

될 때도 고온고압의 기체가 로켓을 감싸면서 뿜어진다. 로켓이 튀어나가기 위해 고압 기체의 힘에 반대되는

반작용의 힘을 추력으로 우주로 날아가게 되는 것. 공기저항 적은 진공 상태의 우주 공간에서 그 힘이 더 커진

다. 

이 추럭을 얻기 위해서 로켓 공학의 기본 공식인 치올콥스키 로켓 방정식이 이용된다. 일정한 속도로 연료를

분사한다 가정했을 때 분사 속력이 빠를수록 로켓의 최종 속력이 빨라지고 작용 반작용 법칙에 의해 로켓이

분사하는 힘만큼 연료도 로켓을 같은 힘으로 밀어낸다.

 

 

로켓 구조

 

로켓은 추진연료와 추진연료탱크 노즐로 구성되어 이 부품들을 모두 받쳐주는 구조물을 갖고 있다. 대기에서

높은 속도를 내기 위해 탑재 장비를 싣고 공기역학적인 유선형 몸체가 효율적이다. 로켓 하나 만드는 게 보통

일이 아니기 때문에 더 효율적이고 정확하게 설계할 수밖에 없다.

현재 대부분의 대형로켓은 액체연료로 같은 기종을 여러대 제작해 제품의 균일도를 높이고 제조비를 낮춰 대

량생산에 이르렀다. 제일 중요한 게 엔진인데 로켓이 올라가기 위해 꼭 필요하다. 노즐은 연소가스를 밖으로

내보내 작용 반작용의 힘을 얻는 장치로 노즐의 크기에 따라 같은 양의 연소가스로 로켓의 추력이 달라진다.

날개는 로켓에 안정성을 주기 위한 장치로 제대로 방향을 잡고 갈 수 있도록 도와준다.

 

 

로켓 발사 과정

로켓은 보통 1,2,3단으로 구성된다. 200톤이 달하는 로켓에서 미니탱크까지 끌고 올라갈 필요가 없다. 단을

분리하면 우주로 날아오르는 효율을 올릴 수 있다. 보조 부스터를 추가해 추진력을 얻는 것이다. 로켓 발사 준

비 과정은 운반, 조립, 발사체를 발사대에 설치, 최종점검 및 추진제 주입 ,발사 카운트다운, 이륙 및 분리의 과

정을 거친다.

누리호 발사 과정에서 중요한 기술이 바로 엔진 묶는 클러스터링 기술이다. 엔진을 묶어 필요한 추력을 내는

방식이 클러스터링인데 마치 엔진 여러 개를 묶은 게 하나의 엔진처럼 추력을 내도록 제어하는 기술이다. 연

료와 산화제 공급량 온도 압력 유량을 일정하게 유지해야 4기가 점화되어 화염을 내뿜을 때 수평과 균형을 유

지해 작동할 수이는 기술이다. 우리나라는 이 클러스터링 기술을 확보했고 기술을 입증해 내었다.

 

로켓이 지구의 중력을 벗어나 지구에서 멀어지려면 중력 그 이상의 추진력이 필요하다. 중력에 갇혀 궤도를

벗어나지 못하면 빙빙 돌게 되고 지구 바깥으로 날아가 대기권으로 다시 떨어져 결국 실패하게 된다.

액체연료 엔진에서 연료와 산화제 모두 액체상태의 물질로 케로신, 플루오린, 질산, 과산화수소를 사용한다

. 이 시스템은 발사체의 추진을 제어할 수 있다는 점이다. 산화제는 별도 탱크에 저장, 연소실로 공급된 뒤 고

온고압가스를 생산하고 노즐을 통해 빠져나가 발사체가 추력을 얻어 뻗어나간다. 연료 일 킬로당 얻을 수 있

는 추력이 높은 게 액체연료의 장점이기도 하다. 

 

 

우리나라도 지난 발사에서 누리호를 발사했고 또 다른 로켓 발사를 앞두고 있다. 여러 가지 다양한 분야의 고

난도 기술을 쌓아가고 있지만 미국이나 중국에 비해서는 아직 한참 모자란 편이다. 로켓 발사 성공 여부에만

관심 갖지 말고 로켓을 왜 개발해야 하는지 거기에 어떤 기술이 들어가는지 이게 우리에게 어떤 이점을 주는

지도 종합적인 시각이 필요한 것 같다. 로켓이 어떻게 발사되고 어떤 원리인지 알아보고 나니 로켓의 역사에

도 관심이 생긴다.