아래 세줄요약 있음
먼저 영국애들이 만든 우로보로스-3의 기본구조는 여 오른쪽에 있는 하이브리드 로켓임
하이브리드 로켓은 고체연료와 산화제가 표면에서 만나며 연소되고 이때 발생하는 연소열이 다시 고체연료 표면을 녹여 연료를 공급하고 <- 이 사이클이 연속적으로 반복되는거임
이미 1930년대부터 연구된 나름 근본중에 근본인 로켓이지만 고체로켓이나 액체로켓에 비해 이렇다 할 압도적인 장점이 없어서 우주발사체로는 개발 사례가 거의 없음
제일 최근에 개발된 것이
(바이럴 아님)
이노스페이스의 한빛-TLV라는 로켓임
아무래도 구조가 간단하고 개발 난이도도 그렇게 높은 편은 아니라서 이노스페이스처럼 스타트업 기업이 도전하기 좋음
우로보로스-3는 되게 Typical한 연료인 HDPE(High Density PolyEthylene; 고밀도 폴리에틸렌)와 산소를 산화제로 하는 하이브리드 로켓임
일반적으로 하이브리드 로켓 엔진은 위에서 본 것처럼 내부 표면을 지나면서 연소되기 때문에 안쪽에서 바깥쪽으로 깎여 들어감
그래서 원래는 연료 두께가 얇아짐 + 높은 온도 때문에 녹아버려서 연료 만으로는 구조를 지지하기 쉽지 않음
https://youtu.be/GL9wODPvtDU?si=V-pUUlrpCMFwILUg
근데 이 로켓이 ㅈㄴ 신기한 건 마치 글루건처럼 작동하는 모습임
말단부가 계속 연소되면서 연료 길이가 짧아짐
원래 하이브리드 로켓은 길이는 고정되어 있는 상태에서 두께가 감소하면서 연료가 공급되는데
이거는 끝쪽 + 안쪽이 같이 녹으면서 연소되는 형태임
이게 왜 신기하냐
하이브리드 로켓은 연료 표면에서만 연료가 나오기 때문에 표면적이 좁으면 연료 공급이 적음
즉 연료가 적으니 추력이 낮게 나오게 됨
그래서 하이브리드 로켓은 대체로 짧고 두껍기보다는 길고 얇은 형태가 많음
짧은 시간안에 큰 추력을 얻기 위해서임
또 연료 표면에서 연료가 나오더라도 표면에서 다 연소가 안됨. 그래서 로켓 끝쪽에 후연소실이라는 별도의 공동이 있음
이 공동에서 연료와 산화제가 뒤섞여서 연료가 완전히 연소되는 형태임
근데 우로보로스-3는 끝쪽이 연소가 됨
그럼 문제가 뭐냐
1. 연료가 공급될만한 단면적이 작다
2. 연료가 녹아서 공급되더라도 그걸 전부 연소시킬 수 있는 공간이 부족해보임
근데 얘네는 이걸 어떻게든 해결한 것으로 보임
영상 끝쪽에서 이 모습 직후에 터지는데 이걸 보니 내부에서 연소 + 끝쪽에서 연소 둘 다 사용하는 것 같긴 함
하지만 확실히 구조적 보강이 필요해보임
그리고 실제 발사에서는 저 연료를 앞쪽으로 밀어주는 장치도 있어야 할텐데, 그것까지 포함해서 공질량이 어느 정도일지가 실제 효율을 결정할 것으로 보임
논문명은 다음과 같음
Investigation of the Operating Parameters and Performance of an Autophage, Hybrid Rocket Propulsion System
K Bzdyk, P Harkness, P Shaw, J Tufft - AIAA SCITECH 2024 Forum
세줄요약
1. 기본 구조는 나름 근본인데 연료 공급 방법이 존나 새로움
2. 이런 방법을 적용하면 나타날 문제점이 보이는데 해결방법이 궁금함
3. 물론 이 방식을 채택함으로써 얻는 이득보다 버리는 실은 제대로 계산되지 않았기에 설레발 치기에는 시기상조임
물론 존나 신기하긴 하다
+ 왜 구조를 조지면서까지 공질량을 최소화하려고 하냐?
이건 로켓방정식이라는 걸 봐야함
여기서 vi는 0이라 생각해보면 로켓이 가질 수 있는 최대속력(최대 에너지)은 연료의 분사속력이 높을수록, 로켓 초기 질량이 클수록(연료가 많을수록), 로켓 최종질량(연료 모두 사용한 후; 공질량)이 작을수록 커진다
근데 여기서 자연로그 안의 수를 보면 공질량을 줄이는 게 훨씬 이득이라는 것을 알 수 있다
(일차함수와 유리함수 차이니 궁금하면 직접 미분해보셈 ㅅㄱ)
그래서 과거부터 전 세계의 로켓과학자들은 최대한 공질량을 줄이기 위해 별 지랄을 다했는데 대표적으로
1957년에 만들어진 미국 최초의 ICBM인 아틀라스는 스테인리스 스틸로 연료탱크를 만들었는데 연료탱크 외벽이 너무 얇아서 지 무게를 감당을 못하고 찌그러졌다
https://youtu.be/imkdz63agHY?si=d6yM0CnL9zsPsjoT
심지어 발사대에서 찌그러질 정도
그래서 아틀라스 로켓은 발사 직전까지도 로켓에 질소를 일정 압력으로 채워넣어야 하는 사소한 찐빠가 있었다
물론 소련은 로켓 구조 효율은 좆도 신경 안쓰고 로켓 엔진의 효율만 존나게 쳐올리는 일을 했다
그래서 그때 만든 로켓엔진은 지금까지도 쓰고 있고 한때는 미국이 수입해서 썼었다
끝
질문받는다
