화학 에너지를 사용하는 로켓 추진 | |
 이미지 제공: Steve Bowers | |
| Hummingbird 포드는 화학 로켓을 사용하여 대형 함선과 근접 우주 시설 주변에서 기동한다 | |
화학 로켓 | |
| 요약: | 가장 오래되고 원시적인 형태의 로켓 추진은 화학 로켓으로, 두 가지 이상의 화학 물질을 혼합하여 강력한 화학 반응을 일으킨다. 이 반응은 고속으로 노즐을 통해 분출되는 뜨거운 가스를 생성하여 추력을 만들고 로켓을 전진시킨다. 고체와 액체, 두 가지 유형이 있다. |
|---|---|
| 고체 연료 | 요약: 가장 원시적인 형태의 로켓; 다양한 용도; 저기술. 기본 추진: 반작용 비추력: 일반적으로 150에서 280을 넘지 않음 연료: 단일추진제 또는 이원추진제 고체 연료 필요한 최소 기술: 농경 시대 후기에서 산업 시대(Industrial Age) 초기 철기 시대 / 중세 물질 조작: 거시규모 필요한 제어장치: 없음 최초 도입: 최초 로켓은 구 지구의 철기 시대 중국 불꽃놀이 - 지구 궤도는 구 지구의 원자 시대 사용자: 주로 주요 넥서스에서 벗어난 세계, 중급 기술 정치체, 전초기지(Outpost), 변방 등. 일부 S<1 취미가들 사이에서도 인기 용도: 근거리 병기 (군사); 궤도 발사용 부스터; 불꽃놀이; 저기술 취미가 건조 비용: 산업 시대: 크기에 따라 다름, 과도하게 비싸지 않음; 자동공장: 매우 저렴; 하일로나노: 매우 저렴 구성 재료가 있다고 가정 운용 비용: 매우 저렴 또는 해당없음 (1회용) 장점: 대기 조건에서도 어떠한 유지보수, 조정, 정지, 또는 불활성 가스 없이 수개월 또는 수년간 보관할 수 있으며 성능 저하가 없다. 구조의 단순성으로 쉽게 복제하거나 생산할 수 있다 단점: 극도로 낮은 비추력. 단거리 행성간 선박에도 쓸모없음. 일단 점화되면 연료가 다 탈 때까지 끌 수 없다. 정상 가속도: 3G 미만 |
| 액체 연료 | 요약: 액체 연료 화학 로켓 엔진은 가장 작은 기체와 전문적인 저기술 단거리 고가속 응용에 사용된다. 연료 효율이 낮으며 일반적으로 행성간 작전에는 사용되지 않는다. 기본 추진: 반작용 비추력: 최대 450; 특수 연료로는 더 높음 연료: 단일추진제 또는 이원추진제 필요한 최소 기술: 중급 기술 - 산업 시대 후기 원자 시대 물질 조작: 거시규모 필요한 제어장치: 모터에는 없음 최초 도입: 구 지구의 원자 시대 사용자: 많은 중급 및 일부 고급 기술 시스템에서 저렴한 서식지간 운송에 여전히 널리 사용된다. 주로 주요 넥서스에서 벗어난 세계, 중급 기술 정치체, 전초기지, 변방 등. 일부 S<1 취미가들 사이에서도 인기. 다수의 중급 기술 세계는 특히 방사능 낙진 위험이 있는 거주 행성 표면에서 고에너지 추진 장치 사용을 금지한다; 이러한 이유로 화학 발사 기체(HOTOL 또는 Big Dumb Boosters)가 일부 지역에서 여전히 사용된다. 용도: 단거리 셔틀 (궤도간), 고립된 전초기지와 저기술 세계의 부스터 및 발사체, 중거리 미사일. 더 큰 장치의 부품으로도 사용됨: 도킹 및 궤도 수정용 기동 로켓 (아크젯보다 비싸지만 비추력이 더 좋음) 장점: 기체를 궤도에 올리는 간단한 저기술 솔루션 짧은 기간 동안 큰 추력 단점: 연료가 매우 폭발성이 있으며, 종종 특수 보관이 필요함 (저온, 부식성 등), 매우 낮은 비추력. 궤도간 및 행성 근접에만 사용 건조 비용: 산업 시대 원시: 비쌈 자동공장: 매우 저렴; 하일로나노: 매우 저렴, 많은 소행성 및 달 환경에서 간단히 생산 가능 운용 비용: 비쌈에서 매우 비쌈 정상 가속도: 3G 미만 |
화학 극저온 로켓은 대부분의 항성계에서 "설선(snow line)" 안쪽에서 사용될 경우 능동적인 저장 조치가 필요한 연료를 사용한다. 지금까지 가장 일반적인 시스템은 액체 수소/액체 산소 로켓으로, 순수한 물을 연료로 사용하여 구성 원소로 분해한다. 이러한 로켓은 일반적으로 400~500초의 비추력, 100대 1 미만의 추력 대 중량 비율, 최대 10 km/sec의 총 델타-v를 가진다.
화학 안정형 로켓은 대부분의 항성계에서 거주 가능 구역의 내부 지역까지 또는 그 너머까지 안정적인 연료를 사용한다. 대부분은 고체 연료 로켓이기도 하지만, 모두 그런 것은 아니다. 가장 일반적인 연료 중 하나는 알루미늄 분말과 비극저온 산소 또는 불소 공급원이다. 또 다른 인기 있는 버전은 리튬과 비극저온 수소 공급원을 사용한다. 이러한 설계는 일반적으로 200~400초의 비추력, 80대 1 미만의 추력 대 중량 비율, 최대 8 km/sec의 총 델타-v를 가진다.
화학 하이브리드 로켓은 극저온과 비극저온 연료를 조합하여 사용한다. 이러한 선택에는 많은 이유가 있다. 일반적으로 고체 연료 구성 요소는 극저온 연료의 단열재 역할을 할 수 있도록 선택된다. 일부 인기 있는 조합은 알루미늄 분말과 액체 산소, 또는 리튬과 불소이다. 이러한 설계는 일반적으로 500~600초의 비추력, 120대 1의 추력 대 중량 비율, 최대 12 km/sec의 총 델타-v를 가진다.
고체 및 액체 추진제 형태 모두 연료와 산화제 사이의 화학 반응을 활용한다. 화학 로켓은 큰 추력을 낼 수 있지만, 일반적으로 150에서 450까지 다양한 매우 낮은 비추력 [특정 추진력] 때문에 장시간 연속 작동이 불가능하다. 초기 20세기 후반/21세기 초반 우주 왕복선 시스템에 사용된 LOX-LH2 액체 산소-액체 수소 혼합물은 450~475의 비추력을 제공하며, O-BeH 이원추진제는 가장 에너지가 높은 천연 화학 추진제로 705를 제공한다.
준안정 헬륨 및 기타 나노제조된 합성원소는 최대 3000까지의 비추력을 제공할 수 있지만, 매우 불안정하고 비싸기 때문에 일반적으로 핵융합 추진을 사용하는 것이 더 쉽다. 행성간 시대(Interplanetary age) 동안 로봇 공장이나 오토팹으로 매우 쉽게 제조할 수 있었고, 테크노칼립스(Technocalypse)까지, 그리고 다시 제1연방(First Federation) 시기 동안 표준 단거리 운송 수단으로 남아있었다.
오늘날에도 많은 항성계, 특히 외곽 지역이나 저기술 세계에서는 화학 로켓을 표준 우주 추진 방식으로 사용한다. 특히 위성과 행성의 표면에서 이륙할 때나, 위에 표시된 널리 퍼진 벌새 포드(Hummingbird Pod)와 같이 가벼운 가속만 필요한 소형 작업용 우주선에 사용된다. 이런 경우, 소형 무인 우주선과 단일 유인 건설 및 채굴선은 근접한 궤도 구조물 사이를 이동하기 위해 화학 로켓을 사용한다. 많은 소행성과 셀레네어-급 위성들은 알루미늄과 산소가 풍부하여 화학 반응물 후보가 되며, 따라서 매우 쉽고 저렴하게 나노성장시킬 수 있다.
화학 연료 성능 표 | |
| 고체 연료 | 비추력 150~280 장점 저렴함, 신뢰성, 매우 단순하고 저기술 단점 일단 점화되면 제어 불가능 사용처 많은 독립 및 저기술 정치체 (부스터 로켓, 단거리 병기 등) |
|---|---|
| LOX LH2 | 비추력 450~528 장점 쉽게 구할 수 있는 연료, 단순한 구성 요소, 높은 추력 대 중량 비율 단점 폭발성, 사용처 많은 독립 및 저기술 정치체 (부스터 로켓) |
| 수소와 오존 | 비추력 580~607 장점 쉽게 구할 수 있는 연료, 단순한 구성 요소, 높은 추력 대 중량 비율 단점 고도로 폭발성 사용처 일부 독립 및 저기술 정치체 (부스터 로켓) |
| F2 Li H2 수소와 불소 | 비추력 546~703 장점 높은 추력 대 중량 배기 생성물 단점 (플루오르화수소산)은 고도로 부식성 사용처 일부 독립 정치체 (부스터 로켓) |
| 베릴륨과 산소 | 비추력 705 장점 단순한 구성 요소, 높은 추력 대 중량 비율 단점 베릴륨은 독성이 있다. 사용처 일부 독립 정치체 (부스터 로켓) |
| 자유 수소 라디칼 | 비추력 2130 장점 높은 비추력 단점 매우 불안정함, 고급 기술 필요 사용처 소수의 독립 정치체 (부스터 및 행성간 로켓) |
| 준안정 헬륨 및 기타 준안정 물질 | 비추력 3150 장점 높은 비추력 단점 매우 불안정함, 고급 기술 필요 사용처 다수의 독립 정치체 (부스터 및 행성간 로켓) |
관련 문서
관련 주제
개발 노트
글: M. Alan Kazlev, Richard Baker, David Dye, Mauk Mcamuk 및 Chris Shaeffer
최초 게시일: 2008년 12월 3일.
최초 게시일: 2008년 12월 3일.