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로켓
좋은 로켓을 개발하기 위해서는 로켓의 몸체를 최대한 가볍게 하고 추력을 최대한 크게 해야 한다. 이렇게 효율적인 로켓을 만들기 위해 로켓 구조가 다양하게 개발됐고, 로켓의 종류에 따라 구조가 다르다. 그러나 대부분의 로켓은 기본적으로 연필 모양의 긴 원통형이나 2~3단계와 같은 다단계 구조를 가지고 있다. 각 단계의 대부분은 엔진과 추진체(추진력)로 이루어져 있으며, 각 단계의 추진체를 소비하면 추진체가 분리되어 탑재된 위성을 우주 궤도에 올릴 수 있는 속도를 얻는다. 라오를 기반으로 한 로켓의 구조를 살펴보자.
로켓의 구조
KSLV-I 1단은 액체엔진, 2단은 총길이 33.5m, 지름 2.9m, 총 무게 140t의 고체형 로켓이다. 1단계는 전자 장착 부품, 액체 엔진 및 노즐, 산화제 탱크, 연료 탱크 등으로 구성되며, 2단계와 페어링 된 페어링 하중으로 구성되는 상부 단계 부품은 전자 장착 부품, 킥 모터, 페이로드 페어링, 장착 어댑터, 장착 위성 등으로 구성된다. 로켓의 코 페어링에서 내려가 각 장치의 구조를 살펴보고 그 역할을 살펴보자.
우주 로켓을 발사하려면 빠른 속도가 필요하다. 페어링이 평평하다고 생각해 보자. 로켓이 고속으로 움직이면 공기는 평평한 페어링 부분에 부딪히고 그만큼 로켓의 위력은 떨어질 수밖에 없다. 공기를 가르는 원뿔 쌍에 비해 같은 높이로 올라가려면 훨씬 더 많은 힘이 필요하다. 로켓이 대기권을 벗어나면서 공기와 마찰이 사라지기 때문에 페어링이 분리돼 낙하해 무게를 줄인다.
로켓의 구성요소
노즈 페어링은 로켓 앞쪽에 있는 원뿔형 보호 덮개를 말한다. 노즈 페어링은 페이로드 페어링 또는 노즈 콘이라고도 한다. 그 쌍은 그 아래에 위치한 인공위성을 보호한다. 로켓이 고속으로 움직이면 공기와 심한 마찰을 일으켜 앞쪽 위성을 손상시킨다. 이를 막기 위해서는 위성 앞 공기를 분리해 차량을 보호할 필요가 있다. 하지만 왜 거의 모든 로켓들이 날카로운 원뿔형 페어링을 가지고 있을까? 그것은 바로 공기저항을 줄이기 위한 것으로 보인다.
로켓의 전자 구간은 지상과의 통신과 관성 항법 시스템을 통한 데이터 처리를 통해 대기 상태 및 위치 정보에 대한 정보를 제공하는 역할을 담당한다. 관성항법장치(Institial Navigation System, INS)는 로켓의 자세, 현재 위치, 속도를 결정할 수 있는 장치다. 수십 년 전에 항해자들이 사라진 이유는 이러한 관성 항해자들이 나타났기 때문이다. 거리 수천㎞, 오차 10㎞의 정밀한 장치지만 몇 번의 기계 오류로 오류를 확대할 수 있다는 단점이 있다.
어댑터에는 인공위성과 다른 장비들이 장착될 것이다. 로켓이 원하는 궤도에 들어가면 페어링이 분할되고 페어링의 페이로드도 궤도에 진입하게 된다. 대부분의 로켓은 원뿔형 페어링 모양을 하고 있기 때문에 위성을 비롯한 탑재체도 원통형 모양으로 모양과 일치한다. 인공위성의 경우 비행기의 활에 태양광 패널이 깨져 궤도에 있을 때 팽창하도록 설계돼 있다.
원래는 미사일 유도 장치로 개발됐지만 유도미사일을 추적할 수 있는 위치를 정확히 알려준다. 관성항법시스템은 위성이나 관제소 등 외부 지원 없이도 위치를 파악할 수 있다. 이와 관련, 이 항공기는 군사용으로 사용되었지만, 상업용 항공기에도 적용된다. 관성항법장치보다 더 정확한 위치정보를 얻기 위해 위성 위치확인 시스템(GPS)을 항공기 등에 탑재한다. 그러나 관성항법시스템이 사라지지 않은 이유는 위성항법시스템이 로켓과 항공기의 자세 정보조차 주지 않았기 때문이다.
분리방법
그러나 분리 부분은 말 그대로 1단계와 2단계를 구분한다. 액체연료의 1단계가 소진되면 빈 1단 로켓을 떨어뜨려 연료가 적게 들어가 더 높이 올릴 수 있다. 그러기 위해서는 1단계와 2단계를 분리할 필요가 있다. 첫째, 1단과 2단 사이의 연결부가 분리기에 의해 차단된 후 1단계의 역추진 모터를 사용해 로켓의 전진 방향과 반대 방향으로 추력을 발생시켜 1단계가 2단으로부터 분리되거나 2단 엔진이 점화되어 2단 엔진이 점화된다.
탱크 부분은 연료와 산화제가 들어 있는 탱크로 구성된다. 라로는 등유를 연료로, 액체 산소를 산화제로 사용했습니다.