고체로켓의 구조

고체로켓은 고체 추진제를 사용하는 로켓으로 오랜 역사를 가진다. 고체로켓 모터(Solid Rocket Motor) 또는 단순히 로켓 모터라고 한다.

 

고체 입자 모양의 산화제와 연료에 고분자 수지(결합재)를 넣어 혼합한 뒤 연소관 안에 주입하고, 경화시켜서 만든다. 연소관은 얇은 두께의 용기로 소형은 구형, 대형은 상하 양단이 반구형인 긴 원통으로 연결한다. 추진제의 중심부를 비우고, 이 추진제 표면에 점화하여 연소시킨다. 연소로 발생한 고온, 고압의 연소가스를 연소관에 연결된 노즐로 팽창, 가속하고 초음속 유동으로 배출하고 추진력을 얻는다.

 

고체로켓은 그림과 같이 연소관, 추진제 그레인(Grain), 점화기, 단열재(라이너) 및 노즐로 구성된다. 액체로켓보다 비교적 구조가 간단하고, 부품 수도 적어서 취급이 쉽다. 그러나 최근 대형 고체로켓은 노즐 부근에서 구조가 꽤 복잡하다.

 

 

 

1) 총추력

고체로켓은 추진제를 주입한 채 장기간 보존할 수 있고, 필요에 따라 단기간의 준비 작업으로 발사할 수 있으며, 발생 추력이 크다는 것이 장점이다. 액체로켓보다 추력이 크다는 것은 같은 추진 능력(총추력)을 갖춘 로켓으로 비교할 때 고체로켓의 연소 시간이 짧다는 것을 의미한다. 고체로켓은 우주로켓의 대형 부스터에서 소형 로켓에 이르기까지 폭넓게 사용된다. 소형의 고체로켓은 기상관측이나 미소 중력 실험 등에 널리 이용되고 있다.

 

2) 추진제 밀도

고체로켓의 장점은 추진제 밀도가 높은 것으로 우주로켓의 1단 액체로켓(특히, 추진제 밀도가 낮은 액체산소/액체수소 로켓)의 약점을 보완하고자 보조 부스터로 이용하는 경우가 많다. 부스터에 적합한 로켓의 필수조건은 큰 발생 추력과 높은 추진제 밀도이다.

 

3) 고체로켓의 장점

고체로켓은 액체로켓보다 엔진 비추력이 낮고, 한번 착화하면 모두 타버리므로 연소를 중단할 수 없다. 또 고체로켓 노즐은 보통 연소관에 고정되므로, 추력의 방향을 변경하고, 기체의 자세를 제어하는 것이 어려웠다. 하지만 30 년 전 NASA는 우주왕복선의 대형 고체로켓 부스터의 노즐을 움직일 수 있는 추력 벡터 제어(Thrust Vector Control; TVC) 방식을 실용화했다.

 

[우주로켓] 고체로켓의 연소관