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로켓(rocket )

작성일 2010-08-12

우주공간을 비행할 수 있는 추진기관(推進機關)을 가진 비행체. 가스 또는 이온 등을 분출, 그 반작용으로 추진력을 발생시키는 장치이다.

제트추진에서는 연소를 위한 공기를 빨아들여야 하므로 대기 중에서만 작동하지만, 로켓은 대기권 밖의 진공 속에서도 추진력을 낼 수 있다.

13세기 전반에 이미 화전(火箭)이라는 일종의 로켓무기를 중국이 몽고군과의 싸움에서 사용한 바 있다.

20세기에 들어서면서 과학자들은 로켓을 이용한 우주비행을 연구하기 시작했다.

미국의 R. H. 고다드, 독일의 H. 오베르트, 소련의 K. E. 치올코프스키 등이 대표적인 과학 자들이다.

고다드가 액체로켓의 실험을 시작한 이후 근대 로켓의 시조라 할 수 있는 V2호가 등장했다.

〔성능과 구성〕 로켓의 성능은 점화에서 연소가 끝날 때까지 로켓 자신이 얻는 속도(이상속도)로 나타낼 수 있고, 그 속도는 비추력(比推力)과 질량비가 클수록 크다.

① 비추력 : 엔진의 성능과 나타내는 것으로, 단위시간당 단위중량의 추진제를 소비함으로써 생기는 추진력을 말하며, 단위는 초로 표시된다.

현재 사용되는 고체로켓의 비추력은 250~290초, 액체 로켓은 270초 이상이며, 액체 산소와 액체수소를 추진제로 하는 로켓엔진은 450초 정도의 높은 비추력을 나타낸다.

② 질량비 : 로켓구조상의 성능을 나타내는 것으로, 점화하기 전의 로켓의 전체질량을 연소완료 후의 질량으로 나눈 값이다.

질량비는 추진제의 충전율이 높을수록 크다.

현재 사용되는 우주로켓은 추진제가 전체의 약 90%를 차지하는데, 이때의 질량비는 10이 된다.

③ 다단구성(多段構成) : 현재 기술로는 비추력과 질량비를 크게 하는 데는 한도가 있으며, 1단로켓으로는 더욱 인공위성을 쏘아 올릴 수 없다.

그래서 로켓을 다단구성으로 만들어 연소가 끝난 불필요한 부분을 분리시키는 방법을 취한다.

〔종류〕 로켓을 추진방식에 따라 분류하면 다음과 같다.

(1) 화학로켓 : 고체 추진제 또는 액체 추진제의 화학반응(연소)을 에너지 발생원으로 하는 것으로, 실용화되고 있는 로켓은 거의 다 화학로켓의 범주에 속한다.

① 고체로켓 : 고체 추진제를 사용하는 로켓으로, 장점으로는 구조가 간단하고 부품수가 적으며 취급이 용이하고 추진제를 충전한 채로 장기보존이 가능하며, 필요하면 즉시 발사할 수 있고 초속도(初速度)가 크다는 것을 들 수 있다.

액체로켓에 비해 일반적으로 비추력이 낮고 연소중단이나 추진력방향의 제어가 어려운 등의 단점이 있다.

② 액체로켓 : 액체추진제를 사용하는 로켓으로, 장점은 매우 큰 비추력을 낼 수 있으므로 성능을 높일 수 있고, 연소중단 · 재점화 · 추진력방향제어 등이 쉬우며, 정밀도가 높은 유도제어를 할 수 있다는 점 등이다.

액체로켓의 추진력방향의 제어는 엔진연소실 자체를 움직여서 할 수 있으며, 이것을 짐벌제어(gimbal control)라고 한다.

인공위성발사용 부스터나 위성의 궤도 위치의 수정 또는 자세제어용 소형로켓이 있으며, 우주활동에 불가결한 존재이다.

③ 하이브리드 로켓 : 고체연료와 액체산화제, 또는 고체산화제와 액체연료를 조합하는 것인데, 아직 실용단계에는 이르지 못하고 있다.

(2) 비화학로켓 : 화학반응, 즉 연소에 의한 에너지를 추진동력원(動力‘源)으로 하는 로켓 이외의 것을 비화학로켓이라 한다.

기초적인 연구는 진행되고 있으나 소형 이온엔진을 제외하고는 아직 실용단계에 이르지 못하고 있다.

① 전기로켓 : 전기에너지를 이용하는 것으로, 주류를 이루는 것은 이온엔진과 MPD아크엔진이다.

이들은 모두 지구주변이나 내행성(內行星) 사이를 항행할 때, 태양에너지의 변환으로 얻어지는 전기에너지를 이용하면서 추진제를 가열하고 플라즈마화해 가속하는 구조이다.

비추력이 크고 추진제 소비량이 적다는 이점을 살려, 앞으로 저궤도(低軌道)에서 정지궤도로의 변환, 행성간의 비행, 우주선의 장기적 자세제어 등에 이용이 기대되고 있다.

우주공간에는 전기적 중성가스, 즉 플라즈마로서 분출하여 추진력을 발생한다.

MPD(magneto plasma dynamics)로켓은 플라즈마를 전자기장으로 가속, 추진력을 발생한다.

② 원자력로켓 : 원자로에서의 발열을 이용하는 것으로, 그 열을 작동물질에 보내 분출시키는 구조로 되어 있다.

비추력은 800~1,000초 정도에 이르지만, 추진력 자체는 크지 않다.

③ 레이저로켓 : 레이저 에너지를 이용하는 것으로, 이론적으로는 매우 고속 비행이 기대되지만 아직 구상단계를 벗어나지 못하고 있다.


 


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