추진제의 이송과 공급

액체로켓이 일정한 추력을 만들려면 탱크에서 일정량(단위 시간당 흐르는 액체의 질량)의 추진제를 연소실로 보내야 한다. 이 목적을 달성하려면 가스 압축 방식과 펌프 방식의 2가지 방식을 이용할 수 있다.

1) 가스 압축 방식

가스 압축기에서 만든 고압가스를 일정 압력으로 조절한 후, 산화제 탱크와 연료 탱크 안으로 보낸다. 탱크 안의 가스 압력이 일정량의 산화제와 연료를 각각 탱크에서 밀어내서 엔진에 공급한다. 엔진 작동 중에 압축가스를 가스 압축기에서 보충해서 2개 탱크의 내부 압력을 일정하게 유지한다. 그래서 추진제 탱크는 큰 내압에 견디는 구조로 만들어야 하며, 펌프방식과 비교하여 탱크 전체의 질량이 늘어난다. 이 단점 때문에 가스 압축 방식은 대형 액체로켓에서 자주 사용하지 않지만 구조가 단순하고 신뢰성이 높아서 추력이 낮거나 연소 시간이 짧은 비교적 소형의 액체로켓에 이용한다. 우주선의 궤도변경용 엔진에 이용되었다. 압축가스는 추진제와 반응하지 않고, 잘 용해되지 않는 불활성기체인 헬륨(He)이나 질소가스(N₂)를 이용한다.

2) 펌프 방식

엔진의 연소에 사용하는 추진제 일부를 소형 가스발생기 안에서 연소시키고, 중·저온(500~600℃ 정도, 엔진에 따라서는 700℃ 정도까지)의 연소가스를 발생시킨다. 펌프 방식은 불완전 연소가스를 이용하여 터빈을 구동하고 같은 축에 연결한 펌프를 구동한다.

터빈과 펌프를 같은 축으로 연결한 것을 터보 펌프(turbo pump)라고 한다. 1개의 터빈으로 산화제와 연료 탱크와 연결된 펌프를 구동하는 형태지만, 대형 로켓에서는 산화제와 연료를 각각 독립된 터보 펌프를 이용한다.

 

M-1 로켓 엔진용으로 설계 및 제작된 액시얼 터보 펌프의 일부

 

펌프 방식은 가스 압축 방식과 비교하여 탱크 내압이 낮아서 로켓이 대형이어도 탱크의 질량이 증가하지 않는다. 그래서 대형일수록 로켓의 구조 성능이 좋아진다.

 

[우주로켓] 로켓 추진력의 발생