우주선 엔진 만드는게 그렇게 어렵나요

Question

우주선 엔진기술은 국가기밀이라서 다른나라한테 알려주지도 않는다고 하는데 엔진 만드는게 많이 어렵나요 우리나라도 기술이 많이 발전했다고 하는데 궁금합니다

Answer 1

안녕하세요. 과학전문가입니다.

우주선 발사시 무게로 보면항공기 하나가 고작 자동차 하나를 싣고 나는 셈입니다.. 여기에도 로켓의 원리에 따른 이유가 숨어 있습니다.

로켓 엔진의 힘은 뉴턴( N, ㎏·m/s2)으로 표시되는 ‘추력’으로 표현한다. 1㎏의 물체가 중력을 거슬러 공중에 떠 있기 위해서는 9.8N의 힘(추력)이 필요하다. 매초 한 개씩 1㎏의 공을 던지면 던지는 사람은 9.8N의 추력을 얻을 수 있다. 100kg의 사람이 하늘에 뜨려면 980N의 추력이 필요한 셈이다.

여기에 로켓의 딜레마가 있다. 질량을 던져 추력을 얻기 위해선 질량을 싣고 날아야 한다. 예를 들어 100kg의 사람이 한 시간 동안 공중에 떠 있으려면 3600개의 공을 매초 하나씩 초당 980m 속도로 던져야 한다. 문제는 3600개 공의 무게가 3600kg이라는 점이다. 사람 하나를 한 시간 띄우는 데 사람 무게의 36배의 공이 필요하다. 공의 무게를 생각하지 않고 계산했기 때문에 실제로는 공이 더 필요하다. 결국 로켓의 무게 대부분은 연료가 차지하게 되는 셈이다. 거대한 로켓에 상대적으로 조그마한 위성 하나를 실어 날릴 수밖에 없는 이유다.

이번 시험발사체의 무게는 51.2t이다. 연료를 143.5초간 연소하며 하늘을 날게 되는데 이때 쓰는 연료와 산화제의 양은 36.4t이다. 연료의 무게만 로켓 무게의 70%인 이유가 여기에 있다.

우주로켓은 세계에서도 10개 국가만 기술을 갖고 있을 정도로 어려운 기술이다. 로켓이 나는 물리적 원리는 간단하지만 실제 개발이 어려운 이유는 그런 힘을 내는 액체엔진 구조가 워낙 복잡하기 때문이다. 화학 연료를 사용하는 로켓은 연료에 따라 고체연료 로켓과 액체 추진 로켓으로 나뉜다. 고체연료 로켓은 값싸고 간단한 구조다. 반면 액체 추진 로켓은 연료 투입량을 제어할 수 있어 정교한 제어가 가능하다. 하지만 그만큼 복잡하고 조그만 실수도 용납되지 않는다