로켓의 발사 그리고 지구 귀환

영화나 우주 다큐멘터리를 많이 보시지 않아도 다들 우주에서는 액체 즉 물이나 음료수들이 공중에 둥둥 떠다니는 모습을 보신적 있으실 겁니다. 우주에서 물을 마시고자하면 빨대로 방울단위로 나뉘어진 물을 하나하나 흡입해야하는 경우도 많다고 합니다. 이것은 우주에는 중력과 인력이 거의 존재하지 않기때문엡니다. 지구에서는 서로를 끌어당기는 인력 덕분에 지금은 모습을 유지하지만 우주는 중력이 거의 없습니다. 그럼 로켓안에 들어있는 연료들은 어떨까요. 로켓이 1단 분리된 이후에 연료 탱크안에서도 위와같이 둥둥떠다니는 모습을 볼 수 있습니다. 우주에선 연료탱크안의 액체상태인 추진제와 기체들이 막 섞여있는 상태입니다. 이걸 왜 말씀드리냐면 이 상태일때는 모터가 돌아가도 액체상태인 추진제가 아닌 그냥 기체를 빨아들여 엔진 점화에 문제가 생길 수 있기 때문입니다. 매우 중요한 부분인셈입니다. 엔진이 돌지 못하면 우주를 돌아다닐수 없을 것 이고, 그렇다해서 사람이 들어가서 한방울 한 방울 옮길수도 없는 노릇입니다. 그래서 개발 된 장치가 바로 얼리지 모터입니다. 얼리지모터의 Ullage는 와인과 뚜껑 사이의 빈 공간이라는 뜻에서 가져왔습니다.

즉 로켓과 로켓 사이의 빈공간에 설치된 모터라는 소리인것 같습니다. 얼리지 모터는 로켓의 상단 부분을 아주 짧게 순간적으로 가속시켜서 추진제를 바닥으로 끌어내리는 방식입니다. 더 쉽게 설명해드리면 관성의 법칙을 생각해 보셔도됩니다. 가만히 서있는 버스 안에서 갑자기 버스가 부릉하면서 출발한다면 사람들의 몸은 백이면 백 관성의 법칙에의해 뒤로 밀리게됩니다. 이러한 방식을 사용한 모터가 얼리지 모터입니다. 우리나라의 발사체들에게도 얼리지 모터가 달려있으니 우주를 비행하기 위해서는 필수적인 모터인것 같습니다.

로켓의 발사 그리고 지구 귀환

혹성탈출이나 아마겟돈 같은 영화에서 유심히 살펴보시면 어느 영화든 한가지 공통점이 존재합니다. 바로 운석이 우주에서 지구로 떨어질때는 운석 주변에 불이 붙는 것 입니다. 이것은 대기와 음속으로 비행하는 물체간의 마찰과 압축으로 인하여 열이 생기는 것입니다. 간혹 지구로 귀환하는 우주왕복선에도 불이 붙어 겉부분이 전부 타버리는 경우도 있다고합니다. 근대 왜 같은 초음속으로 지구에서 우주로 나가는 로켓이는 유독 불이 붙이 않는 것일까요. 이것은 우리가 등산을 할 때 호흡의 변화와 깊은 연관이있습니다. 산 정산으로 가면 갈수록 호흡이 가빠지고 깊게 쉬기가 쉽지않습니다. 특히 에베레스트 같은 높은 산들은 산소호흡기를 가져가는 경우도 많습니다. 이것은 고도가 높아질수록 중력의 힘이 약해져서 대기를 붙잡고 있는 밀도가 넓어지게됩니다. 서로 자기마음대로 돌아다니려 하는 것입니다. 열이 발생하는 것은 바로 이 대기와의 물체가 충돌할 경우 열이 생기는대 대기의 밀도가 너무 적어서 로켓이 점점 올라갈수록 열이 오히려 줄어들기 때문입니다. 물론 어느정도의 열은 받기 때문에 로켓의 앞부분의 노즈콘에는 단열재를 입힙니다. 자 이제 반대로 생각해 본다면 내려올때 불이 붙는 이유는 바로 설명이 되는 것 같습니다. 밀도가 낮은 우주와 높은 상공에서 대기의 밀도가 꽉찬 지상까지 초음속으로 내려오다보면 당연히 마찰이 심해지고 열이 많이 발생하여 자연스럽게 발화가 시작되는 것입니다. 일례로 초속 8km의 미국 우주왕복선의 경우 1500도의 열이 발생하지만 진입 속도가 초속 12km인 일본의 하야부사라는 소행성 샘플 회수선과 미국의 스터더스트 귀환캡슐의 경우에는 1만도의 온도까지 올라간 경우도 있다고합니다.