로켓하면 대기권은 물론 우주공간을 아울러 비행할 수 있는 데 로켓은 어떤 엔진과 연료를 쓰는지 궁금하다. 일반 비행기에 쓰는 제트엔진은 작용 반작용의 원리에 입각하여 추진력을 얻는바 연소실 공기를 압축시키고 연료를 연소시켜 연소가스를 밖으로 강하게 분사시켜 그  반작용으로 기체는 앞으로 전진하게 된다. 이에 비해 로켓엔진은 산화제를 연료와 동시에 사용한다. 이 둘을 함께 연소실에 넣어 고온 고압의 연소가스를 만들어 노즐로 분사시키며 그 반작용으로 추진력을 얻는다. 


로켓엔진


로켓용 연료에는 액체 연료와 고체 연료가 있으며 사용하는 연료에 따라 액체로켓과 고체로켓으로 분류된다. 두 로켓은 각각 나름의 특징을 가지고 있는데 액체로켓의 최대 장점은 필요시 마다 엔진을 켜거나 끄는 것이 자유롭다. 그래서 로켓의 정밀하고 세세한 조종이 가능하며 우주비행사가 마음대로 정확하게 운항할 수 있다. 이런 장점 때문에 현대의 거의 모든 상업용 로켓은 액체연료를 사용한다. 우리나라의 나로호는 물론 지금 개발 중인 한국형발사체도 액체로켓이다. 


액체엔진에 심장 역할을 하는 터보펌프가 있는데 이는 각각 분리 저장된 연료와 산화제를 고압으로 압축시켜 연소실로 보낸다. 터빈의 회전으로 작동하는 터보펌프는 추진 연료 탱크와 고압의 배관에 가득찬 연료와 산화제를 연소기에 보내는 것이 임무다. 한국형로켓발사체에는 회전수 2만5천 RPM의 7톤급 엔진 터보펌프와 1만5백 RPM의 75톤급 엔진 터보펌프가 쓰인다. 초당 75톤급 엔진의 터보펌프는 170kg의 산화제 액화산소와 70kg의 연료 케로신을 영하 183도 하에서 공급한다.


터보펌프의 터빈은 연료 펌프와 산화제 펌프와 연결되어 있어 터빈이 회전함에 따라 연료 펌프와 산화제 펌프도 함께 돌며 이 둘은 섞이어 대부분 연소기로 보내지고 일부는 가스발생기로 보내져 터보펌프가 계속 돌아가게 한다.


터보펌프가 작동함으로써 액체산소와 연료가 연소기에 보내진다. 연소기 위쪽 부분에 분무기 플레이트(Injector Plate)가 있다. 이는 연료와 액체산소를 함께 분사하는 분무기들의 다발이다. 수백 수천 개의 분무구가 이 분무기 플레이트에 밖혀 있어 산화제와 연료가 골고루 섞일 수 있다. 순간순간 연소실로 투입되는 추진에너지가 되는 연료와 산화제의 양을 알맞게 분배하여 연소가 고르고 안정적으로 일어나도록 하는 것이 분무기 플레이트의 역할이다.


터보펌프를 작동시키기 위해 가스 발생기를 필요로 하는데 여기에서 발생한 연소가스를 그대로 방출하면 '개방형 사이클 방식'이 되고, 이를 다시 주엔진으로 보내 다시 한번 연소시키는 방식이 '다단연소 사이클 방식'이라 불린다. 다단연소 사이클 방식은 개방형 사이클 방식에 비해 연소 효율이 10%나 높아진다. 이에 따라 같은 연료량을 사용해도 추진력이 10% 더 생기게 된다.



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