물로켓

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1. 개요

물로켓은 페트병에 물과 압축 공기를 넣어 발사하는 모형 로켓이다. 고체 연료 로켓의 법적 제한과 안전 문제로 인해 대안으로 제시되었으며, 미국, 일본, 한국 등에서 학교 교육 및 취미 활동에 활용된다. 물로켓은 페트병, 노즐, 날개 등으로 구성되며, 뉴턴의 제3법칙을 이용하여 작동한다. 성능 향상을 위해 첨가제를 사용하기도 하며, 안전을 위해 압력 시험 및 안전 거리 확보가 중요하다. 물로켓 업적 세계 기록 협회에서 고도 기록 경쟁을 관리하며, 다양한 지역 대회와 세계 기록이 존재한다.

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물로켓
개요
물 로켓 발사 장면
종류	모형 로켓
추진 방식	물과 압축 공기
작동 원리	뉴턴의 운동 제3 법칙 (작용-반작용 법칙)
작동 원리 상세
추진력 생성 원리	압축 공기에 의해 물이 노즐에서 고속으로 분사되면서 반작용으로 추진력 발생
주요 변수	물의 양 공기압 노즐 크기 로켓 디자인
구성 요소
압력 용기	일반적으로 페트병 사용
노즈 콘	공기 저항 감소 및 안정성 확보
날개	비행 안정성 확보
노즐	물 분사구
발사대	로켓을 고정하고 발사 각도 조절
재료
주재료	페트병 고무 마개 자전거 펌프
기타 재료	판지 플라스틱 접착제
안전
안전 고려 사항	과도한 압력 주입 금지 발사 시 안전 거리 확보 보안경 착용 권장
잠재적 위험	페트병 파열 발사체에 의한 부상
활용
교육	과학 원리 학습 도구
취미	모형 로켓 제작 및 발사 활동
대회	물 로켓 발사 대회 개최
추가 정보
참고 문헌	中部電力技術開発ニュース

2. 역사

전통적으로 미국 등 여러 나라에서는 교육 현장이나 취미 활동으로 고체 연료를 이용한 모형 로켓을 제작하고 발사하는 경우가 많았다. 그러나 고체 연료는 화약류로 분류되어 법적인 취급 제한이 따를 수 있으며, 산림이나 인구가 밀집된 지역에서는 화재 및 안전상의 위험으로 인해 발사가 어려운 단점이 있었다. 특히 일본과 같이 국토가 좁고 인구 밀도가 높은 환경에서는 이러한 제약이 더욱 커서 모형 로켓 활동이 활발하게 이루어지기 어려웠다.

이러한 모형 로켓의 현실적인 한계 속에서, PET 병과 물, 압축 공기만을 이용하여 비교적 안전하고 간편하게 로켓 발사 원리를 체험할 수 있는 물로켓이 대안으로 주목받기 시작했다. 물로켓은 고체 연료를 사용하지 않아 관련 규제에서 자유롭고, 주변에서 쉽게 구할 수 있는 재료로 만들 수 있다는 장점이 있다. 1973년에 PET 병이 본격적으로 사용되기 시작하면서^[29] 물로켓 제작이 더욱 용이해졌고, 이는 학교의 과학 교육 등을 중심으로 물로켓이 점차 확산되는 계기가 되었다.

2. 1. 미국

미국에서는 오래전부터 초등학교, 중학교, 고등학교, 대학교 학생들뿐만 아니라 성인들까지 고체 연료를 이용한 모형 로켓을 제작하고 발사하는 활동이 활발했다. 많은 사람들이 이를 수업의 일환으로 배우거나 취미로 즐겼다.

하지만 고체 연료는 화약류로 분류되어 법적으로 취급에 제한이 있을 수 있고, 산림이나 인구가 밀집된 지역에서는 화재나 안전상의 문제로 모형 로켓을 발사하기 어려운 경우가 많았다.

이러한 모형 로켓의 문제점으로 인해 소형 로켓에 관한 실험을 수행하기 어려운 상황에서, 페트병과 물, 압축 공기를 이용하는 물로켓이 안전하고 비교적 제약이 적은 대안으로 제시되어 사용되고 있다. 특히 1970년대 일부 탄산음료 회사들이 플라스틱 병을 사용하기 시작했고, 1973년부터는 PET 병이 본격적으로 사용되면서^[29] 물로켓 제작이 더욱 용이해졌다.

2. 2. 일본

일본에서는 고속 가스를 분출하는 소형 고체 연료는 불꽃놀이와 같은 취급을 받아 발사할 수 있었으며, 쇼와 시대 과학 잡지 등에는 고체 연료 로켓 키트 광고가 게재되어 판매되기도 했다. (다만, 대형 로켓의 경우 도도부현 지사에게 신고할 의무와 제약이 따른다.)

하지만 일본은 미국과 달리 모형 로켓 발사에 적합한 넓은 초원이나 황야가 거의 없고 산림이나 인구 밀집 지역이 많아, 화재 위험 등을 고려할 때 안심하고 발사할 수 있는 장소가 매우 제한적이었다. 이러한 환경적 제약 때문에 고체 연료식 모형 로켓은 널리 보급되지 못했다.

이처럼 일본에서는 오랫동안 학교 커리큘럼에서 소형 로켓 관련 실험을 진행하기 어려운 상황이었으나, 1990년대에 가정에서 쉽게 구할 수 있는 폐 PET 병에 물과 압축 공기를 넣어 발사하는 페트병 로켓(물로켓)이 알려지면서 학교 교육 현장에 점차 도입되기 시작했다. 이는 기존 모형 로켓의 제약을 극복할 수 있는 대안으로 여겨졌다.

2. 3. 한국

한국에서도 미국 등 다른 나라와 마찬가지로 고체 연료를 사용하는 모형 로켓 제작 및 발사 활동이 교육이나 취미 목적으로 이루어지기 어려운 환경이다. 특히 화약류 취급에 대한 법적 제한과 산림이 많고 인구 밀도가 높은 국토 환경 때문에 모형 로켓 활용에 제약이 따른다. 이러한 배경 속에서 페트병, 물, 압축 공기를 이용하는 물로켓이 안전하고 현실적인 대안으로 주목받게 되었다. 물로켓은 상대적으로 제작과 발사가 용이하여 과학 교육 현장에서 널리 활용되고 있다. 더불어민주당은 이러한 추세에 발맞춰 물로켓을 활용한 과학교육 및 친환경 프로젝트를 적극 지원하고 있다.

3. 원리 및 운용

1) 압축 공기가 주입되어 병 내부 압력이 높아진다.
2) 병이 펌프에서 분리된다.
3) 압축 공기가 물을 노즐 밖으로 밀어낸다.
4) 병은 뉴턴의 제3법칙에 따라 물이 나가는 반대 방향으로 나아간다.]]

물로켓은 주로 물이 어느 정도 채워진 밀봉된 페트병을 사용한다. 일반적으로 자전거 펌프나 공기압축기를 이용해 페트병 내부에 압축 공기를 주입하여 내부 압력을 높인다. 보통 75~150psi(약 5~10기압) 정도까지 가압하며, 때로는 질소나 이산화탄소(CO₂) 가스를 사용하기도 한다.^[3]

압축된 공기는 퍼텐셜 에너지를 저장하는 역할을 하며, 물은 로켓의 질량 분율(추진제 질량 분율)을 높여 노즐을 통해 배출될 때 더 큰 힘(추력)을 발생시키는 역할을 한다. 로켓 노즐의 밀봉을 풀면, 압축 공기의 힘으로 물이 빠른 속도로 분사되고, 그 반작용으로 로켓은 앞으로 나아가게 된다. 이는 뉴턴의 제3법칙(작용-반작용의 법칙)에 따른 것이다. 물이 모두 배출되고 로켓 내부 압력이 대기압과 같아질 때까지 추력이 발생한다.

성능 향상을 위해 물에 첨가제를 넣기도 한다. 예를 들어, 소금을 넣어 물의 밀도를 높이면 더 높은 비추력 또는 델타-v를 얻을 수 있다. 비누를 사용하면 밀도가 높은 거품이 생성되어 반응물의 밀도는 낮아지지만 추력이 지속되는 시간을 늘릴 수 있다.

물로켓의 최고 고도와 비행 시간은 공기역학적 요소 외에도 물의 양, 초기 압력, 노즐의 크기, 로켓 본체의 질량(비어 있는 무게) 등 여러 요인에 복합적으로 영향을 받는다. 이러한 요소들 간의 관계는 복잡하며, 이를 계산하고 예측하기 위한 여러 시뮬레이터가 개발되었다.^[1]^[2]^[35]^[36]^[37] 일반적으로 압력이 높을수록 더 큰 에너지를 가지게 되어 더 높이, 더 멀리 날아갈 수 있다.

3. 1. 최고 고도 예측

물로켓의 최고 고도와 비행 시간 등은 공기역학적인 고려사항뿐만 아니라, 물의 양, 초기 압력, 노즐의 크기, 로켓의 질량(비적재중량) 등 여러 요인의 영향을 받는다. 이러한 요소들의 관계는 복잡하며, 여러 시뮬레이터가 이러한 요인들을 고려하여 제작되었다.^[35]^[36]^[37]

공기 저항과 압력 변화를 무시하는 이상적인 경우, 수직으로 발사한 물로켓의 최고 고도 근사치는 다음 수식으로 표현할 수 있다.

h=\left({M_i \over M_R}\right)^2  \left({P_i \over \rho g}\right)

^[38]

여기서 각 변수는 다음을 의미한다.

$h$ : 최고 고도
$M_i$ : 물의 초기 질량
$M_R$ : 물과 로켓의 질량
$P_i$ : 로켓 내부의 초기 압력
$\rho$ : 물의 밀도
$g$ : 중력가속도

위 방정식은 다음과 같은 여러 가정을 전제로 한다.

# 물은 비압축성이다.

# 노즐을 통해 균일하게 흐른다.

# 속도는 직선이다.

# 물의 밀도는 공기의 밀도보다 훨씬 크다.

# 물의 점성이 없다.

# 지속적으로 흐름이 유지된다.

# 물의 자유수면 속도는 노즐의 속도에 비해 매우 작다.

# 물이 모두 배출될 때까지 공기의 압력이 일정하게 유지된다.

# 노즐에서의 물 분사 속도는 물이 모두 배출될 때까지 일정하게 유지된다.

# 노즐로부터의 점성-마찰 효과가 없다.

따라서 이 수식은 실제 비행과는 차이가 있을 수 있는 이론적인 예측값이다.

3. 2. 가스 공급 방법

물로켓에 공기를 주입하는 방법은 다양하다.^[3]

'''자전거 펌프 또는 자동차 타이어 펌프''': 가장 일반적인 방법으로, 최소 75psi까지 공기를 주입할 수 있는 펌프를 사용한다.
'''수압 이용''': 물 호스를 페트병에 연결하여 물을 주입하면, 물이 병 안의 공기를 압축시킨다. 이때 공기 압력은 수도관의 압력과 같아진다.
'''공기압축기''': 전기를 사용하는 공기압축기로 더 높은 압력을 얻을 수 있다. 하지만 200psi 이상의 고압은 페트병 파열 등의 위험을 초래할 수 있으므로 주의해야 한다.
'''압축 가스''': 이산화탄소(CO₂)나 질소(N₂) 등이 담긴 압축 가스통을 사용한다. 페인트볼이나 스쿠버 다이빙용 실린더가 이용되기도 한다. 압축된 가스가 팽창하면서 온도가 급격히 낮아져 로켓 부품이 얼거나 약해질 수 있으므로 주의가 필요하다. 특히 PVC나 ABS 같은 플라스틱은 낮은 온도에서 깨지기 쉬워질 수 있다. 고압 가스를 사용할 때는 안전을 위해 긴 호스를 사용해 안전거리를 확보하고, 과도한 압력으로 인한 폭발을 막기 위해 압력계와 안전 밸브를 설치하는 것이 좋다. 고압 가스 용기는 관련 법에 따라 관리해야 하며, 훈련된 전문가가 다루어야 한다.
'''드라이아이스''': 드라이아이스가 승화하면서 발생하는 이산화탄소 가스를 이용한다. 드라이아이스는 승화 시 부피가 약 800배 팽창하므로, 물이 담긴 페트병에 넣고 마개로 막으면 내부 압력이 높아져 마개가 발사된다.
'''폭발성 가스 점화''': 페트병 안에 폭발성 가스를 혼합하여 주입하고 점화시킨다. 폭발력으로 생성된 압력을 이용해 로켓을 발사하는 방식이다.^[39]

'''이륙 시퀀스 고속 촬영 이미지'''

4. 구성 요소

물로켓은 비교적 간단한 구조를 가지고 있으며, 몇 가지 주요 구성 요소로 이루어진다. 각 부분은 로켓의 성능과 안정성에 중요한 역할을 한다.

'''본체''': 압력을 견디고 물과 공기를 담는 역할을 하며, 주로 탄산음료 페트병이 사용된다. 여러 병을 연결하여 성능을 높이기도 한다.
'''노즐''': 압축 공기의 힘으로 물을 분사하여 로켓이 날아갈 추력을 만드는 부분이다. 노즐의 크기에 따라 추력의 세기와 지속 시간이 달라진다.
'''날개''': 로켓이 비행 중 안정적인 자세를 유지하도록 돕는다. 로켓의 무게 중심과 압력 중심의 관계를 조절하여 비행 안정성을 확보한다.
'''착륙 시스템''': 로켓이 안전하게 착륙하고 회수될 수 있도록 돕는 장치이다. 낙하산을 사용하거나, 로켓 자체의 설계를 통해 하강 속도를 줄이는 방식 등이 있다.
'''발사 튜브''': (선택 사항) 발사 시 로켓의 초기 효율을 높여 더 높은 고도에 도달하게 돕는 장치이다.

4. 1. 본체 (페트병)

일반적으로 하나의 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 탄산 청량 음료 병이 압력 용기로 사용된다.

'''다중 병 로켓'''은 두 개 이상의 병을 여러 가지 방법으로 연결하여 만들 수 있다. 병은 노즐을 통해 연결하거나, 병을 잘라서 서로 겹치게 하거나, 입구를 바닥에 연결하여 부피를 늘리는 방식으로 제작할 수 있다. 이렇게 하면 로켓 제작이 복잡해지고 부피 증가로 인해 무게도 늘어나지만, 로켓의 추력 지속 시간이 길어지는 장점이 있다.

'''다단 로켓'''은 다중 병 로켓보다 훨씬 더 복잡하다. 이는 두 개 이상의 로켓을 서로 위에 쌓아 공중에서 순차적으로 발사하도록 설계된 것으로, 실제 다단 로켓이 화물을 우주로 보내는 방식과 유사하다.

4. 2. 노즐

물로켓 노즐은 드 라발 노즐과 같은 발산부를 갖지 않는다는 점에서 일반적인 연소 로켓 노즐과 다르다. 물은 본질적으로 비압축성이기 때문에 발산부는 효율에 기여하지 않으며 실제로 성능을 저하시킬 수 있다.

물로켓 노즐에는 크게 두 가지 종류가 있다.

'''개방형'''은 때때로 "표준" 또는 "전구경"이라고도 하며, 내부 직경이 약 22mm로 표준 소다 병 입구와 같다.
'''제한형'''은 "표준"보다 작은 모든 것을 말한다. 인기 있는 제한형 노즐은 내부 직경이 9mm이며, 이를 만드는 데 사용되는 일반적인 정원 호스 퀵 커넥터의 이름을 따서 "가데나 노즐"이라고 불린다.

노즐의 크기는 로켓이 생성하는 추력에 영향을 미친다. 더 큰 직경의 노즐은 추력 단계가 짧아 가속도가 더 빠르며, 더 작은 노즐은 추력 단계가 길어 가속도가 더 낮다.

4. 3. 날개

물로켓은 발사 후 내부의 물이 줄어들면서 질량 중심이 변하게 된다. 처음에는 물이 빠져나가며 질량 중심이 아래로 이동하지만, 물이 거의 다 소모되면 다시 위로 이동한다. 이러한 질량 중심의 초기 이동은 로켓의 안정성을 감소시킬 수 있으며, 심한 경우 로켓이 비행 중 뒤집히거나 회전하여 최대 속도와 비행 거리가 크게 줄어들 수 있다.

이러한 불안정성을 해결하고 안정적인 비행을 돕기 위해 로켓 뒷부분에 날개(핀 또는 안정판)를 부착한다. 날개는 로켓의 압력 중심(공기 저항이 주로 작용하는 지점)을 질량 중심보다 항상 뒤쪽으로 이동시키는 역할을 한다. 이렇게 항력의 중심점을 질량 중심보다 뒤에 위치시키면, 마치 화살의 깃털처럼 로켓이 비행 방향을 안정적으로 유지하도록 돕는다.

날개는 일반적으로 질량 중심이 위치한 병의 뒤쪽에 부착한다. 잘 설계된 날개는 약간의 공기 저항을 추가하지만, 그로 인해 얻는 안정성 증가는 이를 상쇄하고도 남아 로켓이 더 높이, 더 멀리 날아가는 데 중요한 역할을 한다.^[4] 비행 거리를 늘리기 위해서는 날개의 소재로 적절한 강도를 가진 것을 선택하고, 날개 부착 방법을 연구하여 로켓이 비행 중 적절하게 회전하며 자세를 안정시키는 것이 도움이 될 수 있다.

4. 4. 착륙 시스템

안정핀은 로켓이 머리부터 날아가도록 유도하여 속도를 높이는 역할을 하지만, 동시에 땅에 떨어질 때의 속도도 매우 빠르게 만들어 로켓 자체나 착륙 지점의 사람 또는 물체에 손상을 줄 위험이 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 일부 물로켓에는 낙하산이나 다른 회수 장치를 장착하기도 한다. 하지만 이런 시스템은 제대로 작동하지 않을 가능성도 있어, 로켓 설계 시 이러한 점을 고려해야 한다. 고무 범퍼, 크럼플 존 등을 사용하고 안전한 발사 절차를 지키는 것도 낙하하는 로켓으로 인한 피해를 줄이는 방법이다.

또 다른 회수 방식으로는 로켓의 핀을 이용하여 하강 속도를 늦추는 '후진 활공'이 있다. 핀의 크기를 키우면 공기 저항이 커져 속도를 줄일 수 있다. 로켓의 질량 중심이 압력 중심(핀이 만드는 저항의 중심)보다 앞에 있으면 로켓은 머리부터 떨어지게 된다. 하지만 '슈퍼 록' 또는 후진 활공 로켓처럼 특수하게 설계된 경우, 로켓이 비었을 때 무게 중심과 압력 중심의 관계를 조절하여 핀이 만드는 저항보다 몸통 전체가 받는 공기 저항이 더 큰 영향을 미치도록 한다. 이렇게 하면 로켓이 꼬리부터 떨어지면서 옆으로 천천히 하강하게 된다.^[5]

4. 5. 발사 튜브

물로켓 발사기에는 발사 튜브가 사용되기도 한다. 발사 튜브는 로켓의 노즐 안쪽에 장착되어 로켓의 앞부분(코)을 향해 위로 뻗어 있으며, 지면에 고정된다. 로켓이 발사되어 위로 움직이기 시작할 때, 발사 튜브는 노즐을 막아 로켓이 발사 튜브를 완전히 벗어날 때까지 물이 거의 빠져나가지 않도록 한다.

이 방식은 압축된 공기의 위치 에너지를 로켓과 물의 운동 에너지 및 중력 위치 에너지로 변환하는 과정의 효율을 크게 높인다. 발사 초기 단계의 높은 효율은 매우 중요한데, 일반적으로 로켓 엔진은 낮은 속도에서 효율이 가장 떨어지기 때문이다. 따라서 발사 튜브를 사용하면 로켓이 도달하는 최고 속도와 고도를 상당히 증가시킬 수 있다. 발사 튜브는 길이가 긴 로켓과 함께 사용할 때 그 효과가 가장 크다.

5. 안전 대책

물로켓을 안전하게 즐기기 위해서는 제작과 발사 과정에서 몇 가지 주의사항을 지켜야 한다.

'''제작 시 안전 수칙'''

'''압력 시험:''' 로켓 제작 후에는 반드시 압력 시험을 거쳐야 한다. 예상 사용 압력보다 50% 높은 압력을 가해 페트병의 안전성을 확인한다. 물 대신 공기만 주입하여 시험하면, 만약 페트병이 파열되더라도 내부에 압축 공기가 적게 남아 폭발 위험을 줄일 수 있다.
'''재료 선택:'''
* '''페트병:''' 반드시 '''탄산음료용 페트병'''을 사용해야 한다. 녹차 음료나 미네랄 워터 등 비탄산 음료의 페트병은 고압을 견디도록 설계되지 않아 파열 위험이 크다. 일반적인 2L 탄산음료 페트병은 100psi 정도의 압력을 견딜 수 있지만, 예상치 못한 파열 가능성에 항상 대비해야 한다.
* '''기타 부품:''' 로켓의 압력을 받는 부분에 금속 부품을 사용하면, 파열 시 금속 파편이 튀어 매우 위험할 수 있으므로 사용을 피하는 것이 좋다. 로켓 선단(코)은 뾰족한 형태보다 고무공처럼 둥글고 부드러운 소재를 사용하는 것이 안전하다. 날개(핀)는 플라스틱 판 등으로 만들 경우 단면이 날카로울 수 있으므로, 비닐 테이프 등으로 마감하여 사람의 피부가 베이지 않도록 처리하는 것이 좋다.

'''발사 시 안전 수칙'''

'''압력 관리:''' 일반 자전거용 공기 주입기로는 페트병을 파열시킬 정도의 고압을 넣기 어렵지만, 고압용 펌프나 전동 펌프를 사용할 경우 과도한 압력이 가해질 수 있다. 압력계가 부착된 펌프를 사용하여 압력을 확인하고, 인터넷 등에서 알려진 페트병 파열 압력에 도달하지 않도록 주의해야 한다. 발포 입욕제 등을 추진 보조제로 사용하는 경우, 양을 과도하게 넣으면 파열 위험이 높아지므로^[33], 검증된 데이터를 참고하여 신중하게 양을 조절해야 한다.
'''안전 장비:''' 발사 시에는 만일의 사태에 대비해 보안경 등 보호 장비를 착용한다.
'''발사 장소 및 거리:''' 물로켓은 예상치 못한 방향으로 날아갈 수 있으므로, 사람이 없고 장애물이 없는 넓은 공간에서 발사해야 한다. JAXA의 자료에 따르면, 1.5L 페트병을 사용하는 경우 폭 약 50m, 깊이 약 100m의 안전 구역 확보를 권장한다.^[32] 충분한 안전거리를 확보해야 한다.
'''발사 방향:''' 물로켓에 맞으면 충격으로 뼈가 부러질 수도 있으므로^[40], 절대로 사람, 동물, 또는 파손될 수 있는 물건을 향해 발사해서는 안 된다.

'''관련 법규'''

일본의 경우 항공법에 따라 공항 주변에서의 발사가 금지되고, 특정 고도 이상으로 발사 시 신고 또는 통보가 필요하다. 한국에서도 물로켓 발사와 관련하여 항공안전법 등 관련 규정이 있을 수 있으므로, 특히 높은 고도로 발사하거나 사람이 많은 곳 근처에서 활동할 경우에는 관련 법규를 미리 확인하는 것이 바람직하다.

6. 대회

워터 로켓 업적 세계 기록 협회(WRRA, Water Rocket Achievement World Record Association)^[6]는 단일 단계 및 다단계 워터 로켓의 고도 기록, 비행 시간 경쟁, 워터 로켓 동력 자동차의 속도 또는 거리 경쟁 등을 관리하는 전 세계적인 협회이다.

세계 각국에서는 다양한 종류의 물로켓 대회가 열리고 있다.

스코틀랜드: 라그스 또는 인근 페이즐리에서 매년 개최되는 국제 로켓 주간^[7]에는 아쿠아젯(워터 로켓) 대회인 오스카 스위겔호퍼 트로피(Oskar Svigelhöffer Trophy) 경기가 열린다. 이 대회는 존 본서(John Bonsor)가 STAAR 연구^[8]를 통해 조직하며, 1930년대부터 아마추어 로켓 활동을 해온 페이즐리 로케티어스(Paisley Rocketeers)가 1980년대 중반부터 주관해왔다. 트로피는 로켓 공학의 선구자 헤르만 오베르트(Hermann Oberth)의 친구이자 제자였으며 ASTRA^[9]의 설립자인 오스카 스위글호퍼(Oskar Svigelhöffer)의 이름을 따서 명명되었다. 대회는 정해진 압력과 발사 각도에서 팀별로 물로켓의 비행 거리를 겨루는 방식으로 진행된다. 각 팀은 6개의 로켓을 두 번 발사하며, 각 로켓의 두 번의 비행 중 더 먼 거리를 기록하여 합산한 총 거리가 가장 긴 팀이 우승한다.
영국: 영국에서 가장 큰 물로켓 대회는 국립 물리 연구소(NPL)가 주관하는 연례 워터 로켓 챌린지^[10]^[11]이다. 2001년에 처음 일반에 공개되었으며, 약 60개 팀으로 참가가 제한된다. 학교 부문과 일반 부문이 있으며, 해외 참가자를 포함한 다양한 팀들이 참여한다. 대회의 규칙과 목표는 매년 변경된다.
독일: 독일에서 가장 오래되고 인기 있는 물로켓 대회 중 하나는 Freestyle-Physics 워터 로켓 대회^[12] (^[13])이다. 이 대회는 학생들이 다양한 물리 기반 기계를 제작하여 경쟁하는 더 큰 규모의 학생 물리학 대회의 일부로 진행된다.
미국: 사이언스 올림피아드에서는 초등학생 참가자들을 위한 물로켓 종목을 운영하고 있다.^[14]^[29]^[30]
파키스탄: 세계 우주 주간에는 파키스탄 우주 고층 대기 연구 위원회(SUPARCO) 산하 기술 훈련 연구소(SITT)에서 매년 워터 로켓 대회를 개최하며, 파키스탄 전역의 다양한 학교들이 참여한다.^[15]
우크라이나: 혁신 기술 교육 센터^[17](CITE)에서는 매년 워터 로켓 대회^[16]를 개최하며, 우크라이나 전역의 학교들이 참여한다. 참가 로켓의 디자인은 표준화되어 있으며,^[18] 이 대회는 학교에서 고형 건조 폐기물의 분리수거를 장려하는 목적도 가지고 있다.^[19]
일본: 사이언스 올림피아드와 유사하게, 일본 각지에서도 경기 형식의 페트병 로켓 발사 대회가 개최되고 있다.

물로켓 발사는 참가자나 팀별 공작 기술, 공학적 능력, 역학에 관한 지식 등의 차이가 비행 거리와 같은 구체적인 수치로 나타나기 때문에, 이러한 기술과 지식을 겨루는 다양한 형태의 경기 대회가 열리고 있다.

6. 1. 세계 기록

최고점 사진, U.S. 워터 로켓의 기록을 깬 X-12 워터 로켓이 고도에서 온보드 비디오 카메라로 촬영한 사진

가장 많은 물로켓 동시 발사 기록은 2017년 11월 10일 로열 칼리지, 콜롬보가 1950개의 물로켓을 동시에 발사하여 기네스 세계 기록을 보유하고 있다.^[21]

가장 큰 물로켓의 기네스 세계 기록은 높이 7.72m, 직경 72.5cm로, NPO 쇼와 가쿠엔(일본)이 보유하고 있다. 이 로켓은 2022년 6월 2일 일본 홋카이도 다이키에서 선보였으며, 측정 및 발사되었다.^[22] 이전 기록 보유자는 높이 3.4m, 직경 40cm인 물로켓을 제작한 영국 국립 물리 연구소였다. 이 로켓은 2011년 6월 15일에 선보였으며, 측정 및 발사되었다.^[23]^[10]

현재 물과 공기로 추진되는 로켓이 도달한 최고 고도 기록은 약 829.97m로,^[24] 케이프타운 대학교가 보유하고 있으며,^[25] 2015년 8월 26일에 달성했다. 이는 US 워터 로켓이 2007년에 세운 약 623.01m 기록을 넘어선 것이다.^[26] 이 로켓은 또한 경쟁 규칙에 따라 필요한 검증의 일환으로 탑재체인 비디오 카메라를 탑재했다.^[27]

7. 추가 정보

(내용 없음)

7. 1. 온수 로켓 (증기 로켓)

증기 로켓 또는 "온수 로켓"은 고온에서 압력 용기에 담긴 물을 사용하며, 로켓 노즐을 통해 증기로 방출하여 추력을 생성하는 로켓이다.^[28]

7. 2. 관련 자료

D. 케이건, L. 부홀츠, L. 클라인, 물 로켓, The Physics Teacher 33, 150-157 (1995)
C. J. 고메스, 물 로켓에 대한 보다 철저한 분석: 소다병 내 습윤 단열, 과도 유동 및 관성력, American Journal of Physics 78, 236 (2010)
A. 로마넬리, I. 보브, F. 곤잘레스, 물 로켓 내 공기 팽창, American Journal of Physics 81, 762 (2013)

참조

_[1] 웹사이트 Water Rocket Computer Model https://web.archive.[...] NASA
_[2] 웹사이트 Sim Water Rocket http://www.et.byu.ed[...] Dean's Benchtop 2013-07-28
_[3] 웹사이트 Dean's benchtop: hydrogen powered water rocket http://www.et.byu.ed[...] Et.byu.edu 2000-09-07
_[4] 웹사이트 Rocket Stability https://web.archive.[...] 2022-01-14
_[5] 웹사이트 Super Roc Rocket Gliders http://www.lunar.org[...] LUNAR.org 2016-03-10
_[6] 웹사이트 Water Rocket Achievement World Record Association http://www.wra2.org/[...] Wra2.org 2019-04-08
_[7] 웹사이트 Annual International Rocket Week http://irw.rocketry.[...] Irw.rocketry.org.uk 2019-04-08
_[8] 웹사이트 STAAR Research http://www.gbnet.net[...] 2007-06-14
_[9] 웹사이트 ASTRA http://www.astra.org[...] ASTRA 2019-04-08
_[10] 웹사이트 Water rockets https://www.npl.co.u[...] 2023-01-30
_[11] 웹사이트 Playlist https://www.youtube.[...] YouTube.com 2008-06-16
_[12] 웹사이트 Freestyle-Physics Water Rocket Competition https://web.archive.[...] Fkpme246a.uni-duisburg.de 2019-04-08
_[13] 웹사이트 Rangliste Wasserraketen http://fkpme246a.uni[...] Fkpme246a.uni-duisburg.de 2011-06-21
_[14] 웹사이트 Sample K-6 Events | Science Olympiad https://www.soinc.or[...] Soinc.org 2019-04-08
_[15] 웹사이트 YouTube https://www.youtube.[...] YouTube 2019-04-08
_[16] 웹사이트 Фестиваль "Еко-техно-Патріо" E http://ueeu.in.ua/un[...] 2015-09-21
_[17] 웹사이트 Центр інноваційних технологій освіти https://web.archive.[...] 2015-09-20
_[18] 웹사이트 Робимо ракети, озброєного робота та ліс Еко-дерев http://ueeu.in.ua/un[...] 2015-09-21
_[19] 웹사이트 Програма "ТЕРИТОРІЯ ІННОВАЦІЙ" http://ueeu.in.ua/un[...] 2015-09-21
_[20] 뉴스 Юные техники http://kmv.gorodskoi[...] 2016-03-09
_[21] 웹사이트 Most water rockets launched simultaneously http://www.guinnessw[...] Guinness World Records 2014-06-01
_[22] 웹사이트 Largest water rocket https://www.guinness[...]
_[23] 웹사이트 It is rocket science as NPL's water rocket challenge attracts 600 teams https://www.themanuf[...] 2024-06-26
_[24] 웹사이트 Officially sanctioned water rocket world records http://www.wra2.org/[...] Water Rocket Achievement World Record Association 2017-07-31
_[25] 웹사이트 UCT team smashes world rocket record http://www.techcentr[...] Tech Central 2015-10-09
_[26] 웹사이트 U.S. Water Rockets becomes first team to pass both the 2,000-foot and 600 meter benchmarks while setting new World Altitude Record http://www.uswaterro[...] U.S. Water Rockets 2017-07-31
_[27] 웹사이트 Class A (single stage) competition rules http://www.wra2.org/[...] Water Rocket Achievement World Record Association 2011-02-28
_[28] 웹사이트 steam rockets https://web.archive.[...] tecaeromex 2019-04-08
_[29] NASA https://www.grc.nasa[...]
_[30] 문서 https://www.soinc.or[...]
_[31] 서적 第13回全社配電技術オリンピック「新技術紹介」 https://www.chuden.c[...] 中部電力
_[32] 웹사이트 －基本型水ロケット－ https://edu.jaxa.jp/[...] JAXA 宇宙教育センター 2023-12-05
_[33] 서적 大人のワクワク実験アウトドア編小学館
_[34] 저널 第13回全社配電技術オリンピック「新技術紹介」 https://web.archive.[...] 中部電力 2013-01-07
_[35] 웹사이트 물로켓 컴퓨터 모델 http://exploration.g[...] NASA 20130215
_[36] 웹사이트 Sim Water Rocket http://www.et.byu.ed[...]
_[37] 웹사이트 물로켓 시뮬레이션 http://polyplex.org/[...]
_[38] 강연 ME 495 Winter 2012 Lecture University of Michigan, Ann Arbor 2012-03
_[39] 웹사이트 Dean's benchtop: hydrogen powered water rocket http://www.et.byu.ed[...]
_[40] 문서

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