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로켓발사

미주리 주 캔사스 시티의 독자 짐 개넌 (Jim Gannon)씨가 질문을 해왔다. “고체 로켓에 들어가는 그런 것 말고 현재 로켓에 쓰이는 새 연료가 나왔습니까?” 우주여행에 관하여 사람들이 던지는 여러 다른 질문들에 대한 대답처럼 이 질문에 대한 대답도 역시 “아직은 아니지만 곧 나올 것”이라는 것이다. 현재의 모든 군사용, 상업용 그리고 과학 목적용의 로켓 발사는 이제 수십 년 된 로켓 기술을 사용하고 있다. 가장 흔히 쓰이는 것은 고체 로켓 부스터이다. 고체라고 부르는 것은 휘발성의 유해 화학물로 혼합된 연료와 산화제가 로켓 안에서 예비 혼합되어 거기서 고체로 경화되기 때문이다. 이 로켓들은 발사되면 연료의 흐름을 차단 또는 조절할 수 없다.

고체 로켓에 의한 유인 캡슐이나 위성의 발사는 군복을 입은 플라스틱 장난감을 바틀 로켓(bottle rocket)에 묶어놓고도 그것이 폭발하지 않기를 기대하는 것과 같다. 미국의 우주 관련 프로그램에서 이와 같은 것에 대한 하나의 주요한 예외가 되는 것은 문제가 발생한 우주 왕복선이다. 우주 왕복선은 고체 연료 이외에도 액체 수소와 산소를 사용한다. 소유즈 로켓들은 액체 산소와 케로신 연료를 사용한다. 그러나 이제 변화가 다가오고 있다. 엔지니어들은 과거 여러 해 동안 고체 연료를 액체나 기체 산화제로부터 분리하는 로켓들을 설계해왔다. 소위 혼합연료 로켓이라고 하는 이것들은 원칙적으로 재래방식의 고체 로켓들보다 큰 이점이 있다. 우주비행사가 연료로 흘러 들어가는 산화제의 흐름을 막을 수 있기 때문이다. 더구나, 혼합연료 로켓에서 사용하는 고무를 원료로 한 연료는 비독성이며 안정적이어서 취급하기가 더 안전하고 쉬우며 따라서 더 저렴하다.

그러나 결점이 있다. 혼합연료의 경우에는 고른 연소를 기대하기가 어렵다. 특히 시동 때는 더 그렇다. 더 중요한 것은 혼합연료 로켓들은 고체 연료를 사용하는 로켓들 대신에 사용할 수 있을 정도로 힘이 강하지 않다는 것이다. 지난 12월에 실시된 시험비행에서 혼합연료 로켓은 6만 파운드의 추진력을 보였다. 이것은 17m 길이의 로켓을 버지니아 주의 보초 섬들 상공 70km까지 올려보낼 수 있는 힘이다. 썩 괜찮은 힘 같으나, 우주 왕복선에 장착된 각 고체 로켓 부스터는 330만 파운드의 추진력을 낸다는 점과 비교해보면… 말하자면 버지니아에서 시험 발사한 로켓의 55배라는 이야기이다. (NASA는 지상에서 25만 파운드의 혼합연료 로켓들을 시험해왔으나 그 정도에 힘에 미치는 것의 발사에 아직 성공하지 못했다.)



그런데 로켓 관련 기술에서의 새로운 개선이 예상치 못한 소스에서 나오고 있다. 스탠포드 대학교의 한 연구원이 파라핀(흔히들 양초 밀랍이라고 하는 것)을 사용하는 실험용 혼합연료 로켓을 고안해낸 것이다. 양초 밀랍은 우주 비행에 필요한 폭발적 성격을 지니지 않은 것으로들 여기는데 제대로 맞는 성냥을 그어댄 경우라면 이야기가 다르다. 연구자들은 정제된 파라핀의 표면을 가로질러 압축된 산소를 불어 재래식 혼합연료의 연소율의 3배에 달하는 연소율을 얻어냈다. 사실 양초 밀랍이야말로 가장 다루기 안전하고 환경 친화적인 재료인 것이다, 연구자들은 5년 안에 파라핀을 연료로 사용하는 로켓 발사를 할 수 있는 정도로 자기들의 실험 시스템의 규모를 확대하게 되기를 기대하고 있다. 우주 프로그램 그룹(Space Program Group)이라는 이름의 회사도 같은 연구를 하고 있다. 나사가 우주 왕복선을 다른 대안으로 교체할 안을 내놓을 때쯤 되면 양초를 사용하여 그 대안을 발사할 방법도 마련하게 되지 않을까 생각되고있다. thomasc.stanford.edu참조.
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