[우주기술] 누리호, 액체로켓은 어떻게 우주로 날아갈까?

우리나라의 두번째 우주발사체인 누리호,
올해 10월에 고흥에서 발사될 예정인데요.

누리호의 1단은 액체로켓으로 이뤄져있습니다.
이번 포스팅에서는 액체로켓이
어떤 연료를 사용해 동작하는지에 대한
비밀이 담긴
'추진제'에 대해 알아보겠습니다.

액체로켓 추진 실험 장면 (출처 = space.com)

Main Topic. 액체추진제

A. 케로신 (kerosene)

생소한 연료일 수 있지만 케로신은 다른 말로 등유라고 불립니다.
러시아에서 주로 사용하던 연료이며,
한국형 발사체(나로호, 누리호)의 연료이기도 합니다.

재활용 로켓을 개발한 SpaceX도 이 추진제를 사용하는데요.
가격 대비 성능이 우수하기 때문에
비용경쟁력을 높이는 데에 탁월합니다.
하지만 추진제가 연소 후 엔진에 탄소찌꺼기가 남기 때문에
10회 이상의 재사용이 거의 불가능합니다.

그리고 추진제가 상온에서 액체상태이므로
타 액체로켓에 비해 연료 보관이 용이합니다.

---

B. 액체수소 (Liquid Hydrogen)

가장 친환경적 추진제입니다.
또 비추력이 높아 탑재중량을 늘릴 수 있습니다.
하지만 액체수소는 액체상태를 유지하기 위해
극저온 상태를 조성하는 보관기술을
필요로 합니다.

모든 액체로켓에는 산화제(Oxidizer)가 필요한데요.
대표적으로 액체산소를 사용하며,
이를 보관하기 위해선 영하 183도의 환경이 필요합니다.
그런데 액체수소를 보관하기 위해서는
액체산소보다 더 낮은 온도(영하 253도) 필요합니다.
그만큼 더 어려운 보관기술을 필요로 하죠.

또 대부분의 연료는 기화된 상태에서 화염을 일으키는데,
수소는 타 연료에 비해 기화점이 낮아 쉽게 기화되어
자칫하면 폭발로 이어질 가능성이 큰 추진제입니다.

---

C. 액체메탄

'화성 갈끄니까~'

재활용 로켓과 유인우주탐사가
우주항공기술의 topic으로 떠오르는 요즘.
액체메탄로켓이 차세대 로켓엔진으로
조명을 받고 있습니다.

바로 추진제 사용 후 찌꺼기가 남지 않고,
화성 등 탐사행성에서
연료를 공급받을 수 있다는 점인데요.
이러한 특징으로 심우주탐사(화성탐사) 시
가장 유리한 추진제로 각광받고 있습니다.

하지만 그동안 많은 연구시설들이
케로신과 액체수소 엔진에 맞추어 지어졌기 때문에
큰 초기 투자비용이 개발의 발목을 잡고 있습니다.

---

D. 알코올

세계 최초의 탄도미사일이라 불리우는
V2로켓이 사용했던 추진제입니다.

현재는 비추력, 비용 등 여러가지 이유로
사용하지 않는 추진제입니다.
하지만 인체 무해성과 보관 측면에서 유리하여
학습용 로켓의 추진제로 사용됩니다.

---

E. 하이드라진

일급 독성물질인 질산화합물을 배기하며,
심각한 환경오염을 초래하는 추진제입니다.
하지만 연료의 안정성과 보관 용이성으로
대형 엔진도 비교적 쉽게 개발할 수 있기에
북한, 중국 등 공학윤리와 거리가 먼 국가에서
아직도 추진제로 사용중에 있습니다.

또한 연료가 보관하기 좋으면서 안정적이다는 말은
다르게 표현하면 탄도미사일로의 활용도
얼마든지 가능하다는 뜻입니다.

이것이 북한의 은하 3호가
국제사회로부터 지탄 받는 이유기도 하죠.
왜냐하면 북한은 우주탐사를 위한 인공위성 등을
개발할 능력을 갖추지 못하고 있음에도
발사체 개발에 집중하기 때문입니다.

---

F. 젤타입추진제

나이트로메테인 등을 추진제로 이용하는
최신 추진제 연구의 트랜드입니다.

이는 액체로켓과 고체로켓의 장점을 모두 가져오려는 시도인데요.
액체 추진제보다 보관이 용이하고 고밀도 탑재가 가능하며,
압력을 가하면 액체추진제와 같이 사용할 수 있기 때문에
추력제어가 힘든 고체 추진제의 단점을 극복할 수 있습니다.

그렇지만 액체가 아닌 젤 형태이기 때문에
높은 점성에 의한 추진제 유동제어가 어렵습니다.

---

로켓을 공부하다보면
광활한 우주의 아름다움을 만끽하다가도
온 만물을 운동케 하는 질서에 경의를 표하게 되는데요.

사람이 깨달을 수 조차 없는,
만물에 숨겨진 수많은 지혜들에 감탄하면서
.
.

온 세상이 본연의 모습으로 회복되는 그 날까지
우리의 소망은 끝없이 펼쳐집니다.