[青空] ‘ナロホ’ 燃料..液体 VS 固体

[푸른하늘] ‘나로호’ 연료..액체 VS 고체

| 기사입력 2009-06-12 17:27

오는 7월말 발사예정인 우리나라의 우주발사체 ‘나로호(KSLV-I)’. 이 로켓에는 액체연료로켓과 고체연료로켓이 함께 쓰인다. 왜 이 두 엔진을 함께 사용하는 것일까. 그 궁금증을 풀어본다.

■강하지만 까다로운 액체연료로켓

액체연료로켓의 아이디어를 처음 낸 것은 1903년 러시아의 치올코프스키였다. 그리고 미국의 고다드가 1926년 최초로 액체연료로켓 발사에 성공하게 된다.

산화제로는 보통 액체 산소를, 연료로는 액체수소, 케로신, 알콜, 가솔린 등이 각각 사용된다. 액체산소나 액체수소는 일반온도에서는 보관할 수 없으므로 보통 섭씨 영하 253도 정도의 전용탱크에 보관한다. 로켓이 발사될 때에는 연료와 함께 산화제를 펌프로 끌어당겨 로켓이 나아가게 하는 힘을 만들어 낸다.

그렇다면 액체연료로켓의 장점은 무엇일까? 우선 연료가 액체이다 보니 ‘연소’라는 반응이 매우 잘 일어나고 그만큼 많은 에너지를 만들어 낼 수 있다. 때문에 지구 중력과 공기 저항을 이기고 우주까지 나가야 하는 우주개발용 발사체의 엔진으로 적합하다. 실제 대부분의 우주개발용 발사체의 엔진은 액체연로 로켓이다.

하지만 나쁜점도 있다. 연료가 액체라서 로켓 전체 무게가 무겁고, 로켓의 크기도 커야 한다. 또한 이 연료를 매우 낮은 온도에 보관해야 하며 펌프를 이용해 연소실까지 보내야 하기 때문에 그에 걸맞는 연료탱크와 펌프도 별도로 개발해야 한다.

■간단하지만 멈출 수 없는 고체연료로켓

고체연료로켓은 고체형태의 연료를 태워 추진력을 얻는 로켓을 말한다. 고체로켓엔진은 액체로켓엔진에 비해 매우 간단하여 복잡한 구조를 갖춘 연료탱크나 펌프같은 장비는 필요 없다. 따라서 제작비가 많이 필요하지 않고 낮은 가격에 비해 비교적 큰 힘을 낼 수 있다.

우주개발 초기 시대에는 고체연료로켓이 기본적인 추진용 로켓으로 쓰였다. 현재는 대부분의 우주개발용 로켓이 액체추진로켓으로 바뀌고 있지만, 아직도 위성을 궤도에 올려놓기 위한 최종 추진체로는 고체연료로켓을 많이 쓰고 있다.

여러 단으로 구성된 다단식 로켓의 경우에 단수가 위쪽으로 갈수록 로켓의 크기와 무게가 작아야 효율적이기 때문이다. 각종 군용 로켓과 미사일의 엔진 대부분이 고체로켓엔진이다.

장점만 있는 것이 아니다. 같은 급의 액체연료로켓에 비해 연료연소시간이 짧고 힘이 약하다. 그리고 대부분의 고체연료로켓의 경우 일단 불이 붙기 시작하면 연료가 다 타들어갈때까지 무조건 연소되기 때문에 중간에 힘을 조절하거나 엔진을 정지하는 것이 불가능하다.

■한국 최초 우주발사체 ‘나로호(KSLV-I)’

‘나로호(KSLV-I)’는 2단형 로켓으로 제1단(로켓을 세웠을 때 맨 아랫단)은 액체연료로켓, 제2단(로켓의 윗부분)은 고체연료로켓을 사용하고 있다. 이것은 액체연료로켓과 고체연료로켓의 좋은점을 모으기 위함이다.

액체연료로켓은 덩치가 크고 복잡하며 까다로운 대신 낼 수 있는 힘이 크기 때문에 발사 순간에 지구 대기의 저항과 중력을 이기고 우주를 향해 일정 높이까지 올라가는데 적합하다.

반면 고체연료로켓은 액체연료로켓에 비해 작고 저렴하며 신뢰성이 우수하기 때문에 비교적 힘이 덜해도 일단 충분한 높이에 다다른 다음에는 아무런 문제없이 위성을 궤도에 올려놓을 수 있다.

한국항공우주연구원이 2003년부터 개발하기 시작한 ‘나로호(KSLV-I)’는 7월말 과학기술위성 2호를 싣고 발사될 예정이다.

공기 저항이 심한 지구 상공 40∼70㎞까지는 추진력이 강한 액체로켓을 사용하고, 이어 고체로켓을 점화시켜 무게 100㎏급의 소형 과학기술위성 2호를 타원궤도에 올리는 것이다.

고체연료로켓과 액체연료로켓이 적절하게 어울린 한국 최초 우주발사체 ‘나로호(KSLV-I)’!두 가지 형태의 로켓의 장점을 살려 우주공간으로 멋지게 날아오르길 기대해 본다.

/글:이동훈 과학칼럼니스트, 자료제공 : 한국항공우주연구원


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