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우주탐험의 효과적인 고체 추진기관

전문가 제언: ○ 현재까지 우주탐험의 주 동력원으로 추진기관은 액체 추진기관과 고체 추진기관이다. 논문에서 언급된 하이브리드 추진기관은 고체 연료와 액체 산화제의 조합으로 구성되어 고체 추진기관의 간편성, 제작의 용이성 등과 같은 장점과 함께 액체 산화제를 사용하여 추력 조절이 용이한 장점을 갖추고 있으나 아직은 실용화 단계에 이르지 못하고 있다.

○ 우주용으로 연구개발 중인 것으로 스크램제트 추진기관도 있다. 고체 추진기관은 추진제 구성 성분의 80% 가까이가 산화제로 되어 있다. 스크램제트는 대기 중에 있는 산소를 활용하는 것으로 높은 비추력을 얻는 장점이 있다. 그러나 연소실의 공기 공급이 초음속이어서 기술적 난제가 많아 실용화되려면 예산과 시간이 필요하다.

○ 이러한 문제점 등으로 당분간은 고체 추진기관이 우주용으로 사용될 것이고 따라서 효율적 고체 추진기관 개발이 중요하다. 고체 추진기관에서 비추력 손실을 가져오는 여러 요인 중에 이상(two-phase)유동이 큰 비중을 차지하여 입자들의 집합과 덩이 뭉침을 조사하고 있다.

○ 고체 추진기관의 비추력을 높이기 위하여 사용하는 알루미늄 입자에 대한 상호 거리와 주위의 산화제 환경 등을 통계적 모델과 시편 실험 등으로 덩이 뭉침에 대하여 조사하고 있다. 그리고 이상 유동의 비추력 손실은 연소 생산물의 응축 성분의 양과, 입자 직경의 함수로 표시한 SNIA BPD식을 인용하고 있다.

○ 그러나 이러한 알루미늄의 입자의 상호 거리나 AP 등의 주위 환경은 주어진 조성 상태에서는 임의로 조절할 수는 없다. 알루미늄 입자의 크기와 산화제 입자의 크기 등이 조성 성분으로 정해지면, 추진제 혼합 과정은 전체적으로 균일한 혼합을 목적으로 하기 때문이다.

○ 결국은 알루미늄 입자와 AP 입자 크기가 상호 거리나 이종 물질 환경을 결정하게 된다. 이러한 입자들의 크기와 관련된 조성은 추진제의 연소 속도나 연소 압력 등 추진기관 전체 시스템과 관련된 문제이므로 어느 한 면만을 생각하여 정할 수 없는 문제점도 내포하고 있다.

저자: Filippo Maggi et al
자료유형: 학술정보