로켓의 액체연료는?

오늘 오후 5시 드디어 한국 첫 우주발사체 나로호가 다시 저 우주를 향한 날개를 펴게 된다. 그런데 이전에도 수차례 발사가 연기된 이 로켓은 대부분 그 이유가 액체연료를 사용한 1단 로켓이 문제였다고 하는데 이 액체 연료는 무엇이며 이 액체연료 로켓 기술자립은 어느정도 인지 궁금하다. 물론 세계 최고 수준의 우주항공 기술을 자랑하는 러시아도 결함 없는 액체연료 로켓을 만드는 데는 어려움이 많다고 하는데 그 이유는 그 구조가 매우 복잡하고 신뢰성이 떨어지기 때문이라고 한다. 그러나 고체연료의 로켓은 상대적으로 구조가 단순하고 개발하기 쉬워서 우리도 그 기술은 확보한 상태라고....

설우석 한국항공우주연구원 발사체엔진팀장은 "액체연료 로켓 기술은 로켓 기술 분야에서 가장 어려운 부분으로 꼽히기 때문에 항공우주기술 수준을 가늠하는 척도로 작용하기도 한다"고 설명한다. 개발이 어려움에도 굳이 1단 로켓에 액체연료 엔진을 사용하는 이유는 대형화와 유도 제어가 쉽기 때문이다. 대기권을 뚫고 나가야 하는 만큼 1단 로켓은 거대한 몸집과 정밀 제어 능력을 반드시 갖춰야 한단다. 이 나로호는 연료로 액체수소 대신 일명 케로신이라 불리는 항공유를 사용했다. 항공유는 일반 휘발유보다 연소성이 훨씬 좋고 발열량이 큰 연료이다. 또 높은 고도의 저온에서도 결빙이 발생하지 않으며 부작용을 초래할 수 있는 이물질도 완전히 정제된 연료이기 때문이다. 

그래서 설 팀장은 "액체수소는 강한 추력을 얻기 힘들지만 항공유는 높은 추력이 가능해 1단 대추력 엔진에 더 적합하다"고 설명하고 있다. 또 항공유는 상온에서 보관할 수 있고 액체수소보다 밀도가 커 액체수소에 비해 더 많은 양을 탱크에 넣을 수 있다는 장점을 갖고 있다. 하지만 항공유를 사용한 액체연료 로켓이라고 해서 액체수소를 연료로 사용했을 때 문제가 완전히 해결되는 건 아니단다. 항공유를 연료로 사용해도 여전히 산화제로는 액체산소를 사용하는데 액체산소 또한 저온에서 보관해야 하고 유출 위험성이 있기 때문이다.

또한 항공유는 일반 휘발유보다 더 특별한 설비로 생산하기 때문에 물론 그 가격도 훨씬 비싸다. 더욱이 엔진 개발을 하면서 소비하는 항공유 량도 만만치 않기 때문에 가격 부담이 더 크다. 엔진을 개발하면서 로켓 엔진 연소 시험은 보통 수백 회 실시되기 때문이다. 소비량만 따진다면 발사 때 보다 그 이전의 시험기간에 소비되는 항공유가 약 100배 가량은 더 사용한다고 볼 수 있다. 

 

오늘의 성공적인 발사를 기원해 본다.