로켓 시스템의 종류는 무엇인가 "화학 추진 시스템"

로켓 시스템의 종류 "화학 추진 시스템"

보통 추진제(연료와 산화제)의 고압 연소반응으로부터 얻어진 에너지가 연소된 생성물 가스를 매우 높은 온도(섭씨 2,500~4,000도)로 가열시킨다. 이 가스는 계속해서 노즐에서 팽창하여 고속도로 가속된다. 화학 추진시스템은 추진제의 물리적인 상태에 따라 다음과 같은 여러 종류로 분류할 수 있다.

1. 고체추진제 시스템
2. 액체추진제 시스템
3. 하이브리드(혼합) 시스템

고체 추진시스템은 고체 추진제를 사용하며 약 1,000여 년 전부터 군사용으로 사용되어 왔다. 고체 추진제는 보통 연료와 산화제의 혼합물인 추진제 그레인을 사용하며, 연소실이나 케이스 내에 저장되어 있다. 현재는 미사일 시스템의 추진시스템이나 우주발사체의 추력 보강용 로켓 추진시스템으로 주로 사용되고 있다. 시스템이 간단하여 추진제 이송 시스템이나 밸브류와 같은 복잡한 기계장치가 필요하지 않기 때문에 '고체 로켓 모터'라고도 불리며, 제작비용이 저렴하다. 그러나 추력의 조절 및 재시동이 불가능하여 로켓의 유도 및 제어가 상대적으로 불리한 것이 단점이다

 

추진시스템은 탱크에서 연소실로 압력에 의해 이송되는 액체 상태의 추진제를 사용하며, 추진제 탱크와 로켓 엔진으로 구성되어 있다. 일반적으로 추진제 탱크는 연료 탱크와 산화제 탱크로 구분되고, 로켓 엔진은 크게 분사기, 연소실, 노즐로 구성된다. 연소실로 공급되는 액체 추진제의 양을 조절하면 추력이 조절되므로, 고체 로켓 모터와는 다르게 추력의 제어가 용이하다. 보통 액체추진제는 액체산화제와 액체연료로 구성된다. 이를 이원 추진제 시스템이라 한다. 산화제 대신에 촉매를 사용하는 경우가 있는데 이를 단일추진제 시스템이라 하며, 아주 작은 임펄스를 생성할수 있기 때문에 위성의 자세나 궤도 등을 제어하는 데 주로 사용된다. 액체 추진시스템은고압 가스 장치 또는 펌프와 터빈 등으로 구성된 가압 시스템과 가스 배관장치, 분사기,연소실 및 냉각 장치, 노즐 등으로 구성되어 있어 시스템이 복잡하지만, 앞서 언급한 바와 같이 추력의 조절과 재시동이 용이하여 위성 발사체에 주로 사용되고 있다. 그림 9.10은 액체 추진시스템의 전형적인 내부 형상이다. 액체 로켓 엔진에 액체추진제를 연소실로 이송하는 방식에 따라 세부적으로 압력 이송방식과 터보 펌프 이송방식으로 구분된다.

 

제작과 운용이 용이한 고체 추진제의 장점과 추력 조절이 용이한 액체 추진제의 장점을 활용한 것이 하이브리드 로켓이다. 고체 연료 위에 액체 산화제를 분사시켜 연소하는 방식으로 고체 로켓과 액체 로켓을 혼합한 혼합형 로켓 엔진이다. 이 로켓은 대기 공기를 사용할 수 있기 때문에 대기권 내에서는 산화제를 절약할 수 있다. 임무수행의 안전성 및 실시간 추력 제어에 의한 임무수행의 유연성을 갖고, 염화수소나 산화알루미늄과 같은 환경오염 물질을 배출하지 않는 강점이 있다.