보통 우주로켓 본체의 구조 질량 중 추진제 탱크가 대부분을 차지한다. 그래서 로켓 전체의 구조 성능을 향상하려면 탱크의 경량화가 필수이다. 1) 일체형 탱크현재 우주로켓의 추진제 탱크는 원통 형상의 탱크 벽이 내압 하중과 비행 하중을 모두 부담하는 형태로 일체형 탱크(Integral Tank)라고 부른다. 탱크는 주로 구조물의 일부로서 추진제를 저장하는 공간을 제공할 뿐만 아니라 다양한 외력으로 발생하는 하중을 견디는 동시에 엔진 추력을 코어 기체의 상단에 전달한다. 현재 일체형 탱크의 구조 성능(질량 대비)은 매우 뛰어나며, 사용 재료의 강도, 강성 특성은 거의 한계에 가깝다. 추진제 탱크는 몇 기압의 하중을 받는 용기이므로 기밀성도 필요하다. 액체산소와 액체수소 등의 탱크에서는 비행 중에 상당량의 액..

로켓에 탑재된 액체 추진제는 전량(100%)을 추진력 발생에 사용하는 것은 불가능하다. 아래와 같이 약간의 추진제가 역할을 못 하는 것은 불가피하다. 이륙 중인 델타 IV 헤비. 로켓은 액체 수소와 액체 산소 극저온 추진제로 완전히 연료를 공급받는다. ① 증발: 일부 액체 추진제는 리프트오프 전에 탱크에 충전된 직후부터 로켓이 비행할 때까지 증발한 기체는 탱크 상부의 통기밸브 등으로 방출된다. 극저온 추진제, 특히 액체수소의 증발량은 매우 많다. ② 가스 흡입 방지: 엔진 연소 종반에 잔량이 적어서 액체 추진제를 탱크에서 엔진으로 계속 보내면 탱크 바닥의 출구 부근에서 소용돌이가 발생하거나 액면의 요동으로 추진제 공급설비 배관에 탱크의 가압 가스가 흡입된다. 그러면 터보 펌프 파열이나 이상 연소가 일어나..

펌프 방식의 추진제 공급 방식을 이용하는 엔진은 소량의 추진제로 중·저온의 연소가스를 이용하여 터빈을 구동하고 펌프를 작동한다. 이때, 터빈을 구동한 후 연소가스의 처리 방법에 따라 엔진의 기능과 성능에 큰 차이가 발생한다. 이 공급 시스템의 전체 메커니즘을 엔진 사이클(Engine cycle)이라고 한다. 몇 가지 방식이 있는데, 여기에서는 2개의 대표적인 방식인 개방형(Open Cycle)과 폐쇄형(Closed Cycle)에 초점을 맞추고 액체산소/액체수소 엔진을 예로 들어 두 사이클의 특징을 설명하였다.1) 가스발생기 사이클 (개방형)가스발생기 사이클은 추진제 일부를 가스발생기에 보내고, 거기서 발생한 중·저온(500~600℃ 정도)의 불완전 연소가스로 터보 펌프를 구동한 후 가스를 버린다. 버리는..

압축가스 또는 펌프로 연소실에 공급한 산화제와 연료는 화학반응을 일으키고, 고온, 고압의 혼합가스를 생성한다. 이것이 연소라는 화학반응으로 생긴 반응 생성물이 연소가스이다.1) 분사기액체 산화제와 연료는 각각의 탱크에서 배관으로 연소실에 보내지는데, 연료는 연소가스에서 발생하는 고열로부터 연소실과 노즐 벽을 보호하는 냉각제로 이용하는 경우가 많다. 분사기에 들어갈 때 산화제와 연료는 모두 액체이거나 한쪽이 기화될 수 있다. 산화제와 연료는 분사기를 통과하고 균일하게 혼합하여 효율적으로 연소한다. 동축류형은 액체산소/액체수소 엔진에 주로 이용되고, 중심에 액체산소, 외측에 수소가스를 통과시킨다. 분사기는 원판에 다수의 구멍을 만든 구조이며, 연소를 안정시키려고 정류판을 만들기도 한다. 아폴로 12호 임무에..

우주로켓에 사용하는 이원(bi-propellant) 액체로켓 추진 시스템은 산화제와 연료를 서로 다른 탱크에서 엔진 연소실에 보내는 것으로 추진제 탱크(산화제 탱크와 연료 탱크), 추진제 공급 시스템, 연소실(분사기, 점화기, 냉각장치를 포함) 및 노즐로 구성된다. 여기서 추진제 공급 시스템의 일부(터보 펌프), 연소실, 노즐을 합쳐서 엔진(Engine)이라고 한다. RS-25 engines RS-68 engines 여기서 혼란을 피하려면 엔진과 노즐의 정의와 실제 하드웨어의 차이를 확인하는 것이 필요하다. 좁은 의미에서 연소실과 노즐을 통틀어 ‘엔진’이라고 한다. 노즐은 연소실에서 노즐 출구까지 수렴관, 노즐목, 팽창관을 결합한 구조물이다. 실제 하드웨어는 노즐목 약간 하류부의 노즐 팽창비가 비교적 작..

로켓이 날아가기 위한 추진력(추력)을 발생하는 장치를 추진 시스템(Propulsion system)이라고 한다. 화학 추진기관은 크게 두 가지로 나눈다. 로켓이 직접 탑재하는 추진제(산화제와 연료)가 액체 상태이면 ‘액체로켓’, 고체 상태이면 ‘고체로켓’이라고 한다. 추진기관의 기능은 추진제의 저장, 이송, 공급, 연소와 연소가스의 팽창과 배기이다. 액체로켓은 각각의 역할에 따라 추진제 탱크, 추진제 공급설비, 연소실과 노즐로 구성된다. 다음 그림과 같이 고체로켓은 하나의 연소실에서 저장에서 연소까지 모두 해결한다.   액체로켓과 고체로켓은 추진제의 저장, 공급, 연소 등의 구조가 다르지만, 추진제가 가진 화학에너지를 열에너지로 바꾸고, 연소가스의 운동에너지로 변환하여 추진력을 만드는 기본 원리는 같다...