우주 발사체에 투입되는 액체/고체 연료의 차이점이 뭔가요?
얼마전 국방부에서 시행한 고체연료를 이용한 발사체 성공이라 언론기사를 보았습니다.
우주 발사체 연료로 고체연료와 액체 연료의 차이점이 궁금합니다.
2개의 답변이 있어요!안녕하세요! 손성민 과학전문가입니다.
국방부에서 시행한 고체연료를 이용한 발사체 성공 기사를 보셨군요. 그것은 정말 멋진 소식이죠. 우주 발사체에 쓰이는 액체와 고체 연료의 차이에 대해 설명해드릴게요.
우선 액체 연료는 액체 상태로 저장되어 있고 사용할 때 즉시 연소되는 연료입니다. 이러한 액체 연료는 로켓 엔진에서 많이 사용됩니다. 그 이유는 액체 연료는 고체 연료보다 더 많은 에너지를 저장할 수 있기 때문입니다. 그리고 액체 연료는 연소 속도가 빠르기 때문에 로켓 엔진의 추진력을 더욱 강력하게 만들어줍니다.
반면에 고체 연료는 고체 상태로 저장되어 있고 사용할 때 연소되는 연료입니다. 이러한 고체 연료는 로켓 엔진의 부스터로 사용되는 경우가 많습니다. 고체 연료는 액체 연료보다 더 간단하게 사용할 수 있고 보관이 더 쉽기 때문에 로켓 발사 시간을 줄일 수 있습니다. 이번 국방부의 발사체 성공은 고체 연료를 사용한 것으로 알려져 있지만 앞으로 더 많은 연구와 개발이 이루어지면서 액체 연료와 고체 연료를 혼합하여 사용하는 경우도 많이 나타날 것으로 예상됩니다. 감사합니다.
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안녕하세요. 이충흔 과학전문가입니다.
액체연료는 고체연료에 비해 비추력이 큰 우수한 로켓 연료입니다. 이렇게 액체연료가 고체연료에 비해 성능이 뛰어난 것은 산화제 때문으로 액체 연료의 산화제인 액체산소나 사산화질소가 고체 연료의 산화제인 질산칼륨이나 과염소산암모니아보다 비추력이 크기 때문입니다. 하지만 이 산화제에 단점 또한 있습니다. 상온의 로켓 탱크에서 오랫동안 보관하기 어려운 극저온의 성질이 있거나 로켓 부품속이 청정하지 않아 유기물질이 있을 경우 이와 접촉하면 순간적으로 발화하기도 하며 독성도 가지고 있어 취급이 매우 어렵습니다.
또한 이를 연소시키기 위한 고온과 고압의 연소실이 고체연료 로켓에 비해 작은 규모로 별도 제작되기 때문에 저압의 연료 탱크를 크고 가볍게 만들 수 있어 질량비가 증가함으로 로켓 전체의 성능이 향상됩니다. 이런 이유로 우주 발사체의 대부분이 액체 연료를 사용하고 있습니다.
만약 고체연료만으로 된 우주 발사체를 제작할 경우 액체연료 로켓에 비해 인공위성의 무게가 전체 로켓무게에 비해 차지하는 비율(화물비)이 매우 작아집니다.
하지만 액체연료는 이미 로켓의 연소실에 고정된 고체연료에 비해 발사장의 주변에 연료 저장탱크를 마련해야 하는 까다로움이 있습니다. 또한 로켓내에서도 특수하게 제작된 터보펌프와 밸브를 통해 연료를 연소실로 공급하는 장치는 물론 비행 중 흔들리는 액체연료를 제어할 수 있는 별도의 장치도 필요하기 때문에 액체연료의 가격은 고체연료에 비해 비록 싼 편이지만 운영과 로켓 제작에 매우 높은 비용이 소용됩니다.
고체연료의 경우 비추력은 작지만 고체연료 로켓의 구조상 대량의 추력을 발생시킬 수 있어 액체 로켓의 1단에 사용되는 보조 로켓으로 많은 각광을 받고 있습니다.
