역추진 로켓
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1. 개요
역추진 로켓은 로켓의 추력을 반대 방향으로 사용하여 속도를 줄이는 기술로, 우주선 궤도 이탈, 착륙, 발사체 회수, 항공기 제동 등 다양한 분야에 활용된다. 독일은 제2차 세계 대전 중 이 기술을 개발하여 탄두 폭발 효과를 분산시키거나 글라이더의 착륙 거리를 줄이는 데 사용했으며, 영국은 Hajile 프로젝트를 통해 고고도에서 물체를 투하하는 연구를 진행했으나 실용화되지는 못했다. 우주선에서는 궤도 이탈 및 착륙 시 감속을 위해, 항공기에서는 역분사 장치를 사용하여 제동 거리를 줄이는 데 사용된다. 또한, 재사용 발사 시스템에서 발사체 회수를 위해 사용되기도 하며, 다단 로켓 분리 과정에서 단 분리를 돕기 위해 소형 역추진 로켓을 장착하기도 한다. 1979년 이란 인질 사태 당시에는 역추진 로켓을 장착한 개조된 C-130 허큘리스 항공기가 사용될 예정이었으나, 시험 비행 중 사고로 계획이 폐기되었다. 1982년 일본항공 350편 추락 사고 이후 "역분사"는 갑작스러운 정신 착란이나 불가해한 행동을 비유하는 유행어로 사용되기도 했다.
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| 역추진 로켓 | |
|---|---|
| 역추진 로켓 | |
 | |
| 종류 | 로켓 엔진 |
| 용도 | 속도 감속 착륙 보조 자세 제어 |
| 상세 정보 | |
| 작동 방식 | 주 추진 방향과 반대로 추력 분사 |
| 적용 분야 | 우주선 미사일 항공기 낙하산 |
| 활용 예시 | |
| 우주 탐사 | 달 착륙선의 착륙 화성 탐사선의 착륙 |
| 미사일 | 탄도 미사일의 재진입 속도 감속 |
| 항공 | 항공기 착륙 시 제동 보조 |
| 낙하산 | 낙하산 강하 시 속도 감속 |
| 관련 용어 | |
| 관련 용어 | 역추진 |
2. 역사
제2차 세계 대전 중 독일과 영국에서 역추진 로켓 개발이 시작되었다. 독일은 탄두에 부착, 폭발 효과를 분산시키는 역추진 로켓을 개발했고,[12] 영국 해군은 하일레 프로젝트를 통해 관련 기술을 연구했다.[12]
2. 1. 독일
제2차 세계 대전 중 독일은 탄두 부분에 부착하여 넓은 지역에 폭발 효과를 분산시키는 목적의 초기 역추진 로켓을 개발했다. 이것이 최초의 역추진 로켓으로 기록된다.[12] 독일은 군용 글라이더 DFS 230의 기수에 로켓을 장착하여 공중 강습 시 착륙 거리를 줄이는 데에도 활용했다.[1]2. 2. 영국
영국 해군은 하일레 프로젝트를 통해 고고도에서 무거운 물체를 투하하는 방법을 연구하면서 역추진 로켓 기술을 개발했다.[12] 그러나 이 프로젝트는 폭탄 낙하 방향의 예측 불가능성 때문에 실용화되지 못하고 잊혀졌다. 나중에 소련은 우주선 착륙 과정에서 이 프로젝트의 연구 결과를 응용했다.3. 사용
역추진 기술은 항공기와 우주선 등 다양한 분야에서 활용된다.
항공기에서는 역분사 장치를 사용하여 추력을 반전시켜 착륙 후 감속 시 바퀴 브레이크를 보조하여 제동 거리를 줄인다. 비행 중 역분사는 양력 감소와 조종 불능을 유발할 수 있어 위험하다.[9]
우주선에서는 대기권 진입 전 감속하여 지구 궤도를 이탈하기 위해 역추진 로켓이 사용된다. 항공기와 달리 우주선은 주 엔진의 추력 방향을 바꾸는 대신, 역분사 전용 자세 제어 보조 로켓 엔진을 사용한다.[10] 고체 연료 로켓은 추력 조절이나 연소 중단이 불가능하므로, 역분사에는 액체 연료 로켓이 사용된다.
3. 1. 우주 탐사
우주 탐사에서 역추진 로켓은 궤도 이탈 및 착륙 시 속도 감속에 필수적인 역할을 한다.무인 탐사선은 역추진 로켓을 사용하여 궤도를 이탈시켜 목표 천체로 하강하거나 대기권에서 소멸시킨다. 유인 탐사선 역시 역추진 로켓으로 궤도를 이탈, 지구로 귀환하며 착륙 직전 속도를 줄이는 데 사용한다.[10] 우주선이 궤도에서 충분히 감속되면 고도가 감소하고 공기 역학적 힘이 작용하여 빠르게 감속, 지상으로 귀환한다.
역추진 로켓은 달, 화성과 같은 다른 천체에 우주선을 착륙시키는 데에도 사용된다. 아폴로 계획 우주선의 주 로켓은 역추진 로켓 역할을 하도록 방향을 바꿀 수 있었고, 소유스 캡슐은 착륙 마지막 단계에 작은 로켓을 사용한다.
3. 1. 1. 궤도 이탈
무인 탐사선의 경우, 역추진 로켓을 사용하여 궤도를 이탈시킨다. 역추진 로켓이 궤도를 낮추면 탐사선은 서서히 목표 천체로 내려가 대기권에서 불타거나 지표면에 추락한다. 중력 때문에 역추진 로켓 없이도 천체에 추락하는 경우도 있다.[9]유인 탐사선의 경우도 역추진 로켓으로 궤도를 이탈시키는 것은 같다. 역추진 로켓이 궤도를 낮추면 탐사선은 서서히 지구로 내려오며, 지면에 착륙하기 직전에 다시 역추진 로켓을 분사하여 속도를 줄인다.[10] 궤도에 있는 우주선이 충분히 감속되면 고도가 감소하고 공기 역학적 힘이 작용하여 빠르게 감속, 지상으로 귀환한다. 역추진 로켓이 없다면 우주선은 궤도가 자연적으로 느려질 때까지 궤도에 머무르다가 훨씬 늦은 시점에 대기권 재진입을 하게 된다. 유인 비행의 경우 생명 유지 시스템이 소모되기 전에 귀환해야 하므로, 우주선에 매우 신뢰성 높은 역추진 로켓을 장착하는 것이 중요하다.
항공기에서는 역분사 장치를 사용하여 추력을 반전시켜 착륙 후 감속 시 바퀴 브레이크를 보조, 제동 거리를 줄인다. 비행 중 역분사는 속도와 양력을 급격히 감소시켜 조종 불능을 유발할 수 있어 위험하다. 우주선에서는 대기권 진입 전에 감속하여 지구 궤도를 이탈하기 위해 역분사를 사용한다. 우주선은 메인 엔진의 추력 방향을 바꾸는 것이 아니라, 역분사 용도의 자세 제어 보조 로켓 엔진을 사용하여 비행 중에 역분사를 수행한다. 역분사 시간과 추력을 조절해야 하며, 고체 연료 로켓은 추력 조절이나 연소 중단이 불가능하므로 액체 연료 로켓을 사용한다.[10]
3. 1. 2. 착륙
착륙할 때 충격을 줄이기 위해 역추진 로켓을 사용한다. 분사하면 착륙선은 위로 약간 올라가서 속도가 감속되고, 착륙 시 충격량을 줄여준다.[9][10]역추진 로켓은 달과 화성과 같은 다른 천체에 우주선을 착륙시키는 데에도 사용된다. 역추진 로켓이 없다면, 우주선은 천체를 지나쳐 우주로 다시 날아가 버리거나 궤도 진입에 실패할 수 있다. 아폴로 계획 우주선의 주 로켓은 역추진 로켓 역할을 하도록 방향을 바꿀 수 있었다. 소유스 캡슐은 착륙의 마지막 단계에 작은 로켓을 사용한다.
3. 1. 3. 프로젝트 사례
머큐리 우주선은 3개의 고체 연료 역추진 로켓을 사용했는데, 각각 10초 동안 연소되었으며, 하나만으로도 우주선을 지구로 귀환시키기에 충분했다.[2] 제미니는 2500lbf의 추력을 내는 4개의 로켓을 5.5초 동안 순차적으로 연소시키는 방식을 사용했다.[3][4]아폴로 사령선 및 기계선은 대기권의 대기 항력을 이용하여 속도를 줄였기 때문에, 사령선을 지구로 귀환시키기 위한 역추진 로켓은 필요하지 않았다. 기계선에 장착된 서비스 추진 엔진은 지구 궤도 시험 비행 및 달 궤도 진입에 사용되었다. 아폴로 달 착륙선은 강하 단계 엔진을 사용하여 궤도에서 이탈하여 달에 착륙했다.
우주왕복선의 궤도 기동 시스템(Orbital Maneuvering System)은 재진입과 궤도 기동을 위해 액체 연료 로켓을 사용했으며, 반작용 제어 시스템(reaction control system)을 보조 수단으로 활용했다.
소유즈 우주선의 경우에는 본문에 나타나 있지 않지만, 착륙 최종 단계에서 소형 역추진 로켓을 사용하는 것으로 알려져 있다.
3. 2. 발사체 회수
최근에는 재사용 발사 시스템의 발전을 위해 역추진 로켓이 활용되는 사례가 늘고 있다. 스페이스X는 팰컨 9, 팰컨 헤비 로켓의 1단 추진체 회수를 위해 역추진 로켓을 사용한다. 1단은 2단 로켓 분리 후 1~3개의 주 엔진을 사용하여 추진 착륙을 하고, 회수되어 다음 비행을 위해 재정비된다. 일반적으로 다른 궤도 로켓의 부스터는 대기 재진입과 바다에서의 고속 충돌로 인해 단일 사용 후 파괴된다.[5][6]블루 오리진의 뉴 글렌, 링크스페이스의 뉴 라인 1과 같은 회사와 유럽 연합 위원회의 RETALT 프로젝트 및 중국 국가우주국의 창정 8호와 같은 국가 프로젝트도 재사용 가능한 부스터를 위한 역추진 재진입을 추진하고 있다.[5][6]
뉴 셰퍼드는 부스터가 비행 후 다시 착륙하기 위해 주 엔진을 사용하는 재사용 가능한 단일 단계 준궤도 로켓이다. 캡슐은 낙하산으로 하강 속도를 늦추고 지면에 닿기 직전에 역추진 로켓을 사용하여 속도를 줄인다.
스페이스X의 스타십 발사체는 슈퍼 헤비 부스터를 팰컨 9와 유사한 방식으로 회수하여 13개의 엔진을 점화한 다음 최종 하강을 위해 이 엔진 중 10개를 끈다.[7] 2단은 재진입 후 내부 엔진 3개를 점화하고 착수 또는 포획 지점으로 하강한다.[7]
3. 3. 다단 로켓 분리
다단 로켓인 타이탄 II, 새턴 I, 새턴 IB, 새턴 V 등은 하단 단 분리 시 깔끔한 분리 및 접촉 방지를 위해 소형 역추진 로켓을 장착하기도 하며, 이는 단 분리 시 점화된다. 예를 들어, 새턴 V가 지구 궤도로 발사될 때, 각각의 엔진이 정지된 후, S-IC 및 S-II 단을 차량에서 멀어지게 하는 데 사용되었다. 한편, 다음 단은 분리를 돕고 액체 연료 엔진의 원활한 시동을 보장하기 위해 전진 공극 로켓을 갖출 수 있다.3. 4. 항공기
항공기에서는 역분사 장치를 사용하여 추력을 반전시켜 착륙 후 감속 시 바퀴 브레이크의 보조 장치로 제동 거리를 줄이는 데 사용된다. 비행 중 역분사를 하는 것은 위험한 행위로, 속도가 급격히 떨어지고 이에 따라 양력도 급격히 감소하여 조종 불능에 빠질 위험이 있다.[9]4. 크레더블 스포츠 작전
1979년 이란 인질 사태 당시 미국 정부는 인질 구출을 위해 극단적으로 짧은 착륙이 가능한 역추진 로켓을 장착한 개조된 록히드 C-130 허큘리스 2대를 제작했으며, 이 항공기는 YMC-130H로 명명되었다. 이 계획에 따라, 항공기들은 테헤란 주재 미국 대사관 인근의 샤히드 시루디 경기장에 착륙하여 역추진 로켓을 사용해 정지할 예정이었다. 그러나 시험 비행 중 한 대가 추락하여 파괴되었고, 인명 피해는 없었지만 그 해 말에 이 계획은 폐기되었다.[8]
5. "역분사" 유행어
1982년 일본항공 350편 추락 사고에서 기장이 조현병 증세로 이상 행동을 보이며 비행 중 역분사를 실시한 것이[11] 크게 보도되면서, "역분사"라는 단어는 갑작스러운 정신 착란이나 불가해한 행동을 가리키는 용어로 사용되었다. 이 사건은 당시 사회 각 방면에 유행어가 될 정도로 큰 영향을 주었다.
사고 당시에는 개인 정보 보호 개념이 부족하여, 정신 장애인의 대명사처럼 "역분사"라는 단어가 사용되기도 했고, 심지어 조종사의 실명이 그런 종류의 대명사로 사용되는 경우도 있었다.
참조
[1]
서적
Encyclopedia of Weapons of World War 2
Metro Books
[2]
웹사이트
Mercury capsule description & specifications
https://weebau.com/f[...]
2020-01-08
[3]
웹사이트
Gemini
http://www.braeunig.[...]
braeunig.us
2019-01-07
[4]
웹사이트
Gemini 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12
https://space.skyroc[...]
2019-01-07
[5]
웹사이트
RETALT project
https://www.retalt.e[...]
2020-01-08
[6]
뉴스
Europe says SpaceX "dominating" launch, vows to develop Falcon 9-like rocket
https://arstechnica.[...]
2020-01-08
[7]
AV media
🔴 LIVE: SpaceX Launches Starship for the Fifth Time (and Tries to Catch a Booster)
https://www.youtube.[...]
2024-10-13
[8]
웹사이트
The US Military Planned on Using This Crazy Modified C-130 to Rescue Hostages in Iran
https://tacairnet.co[...]
2020-01-08
[9]
문서
ラウダ航空004便墜落事故を参照。
[10]
문서
スペースシャトルの場合は機体を後ろ向きに反転させ、スペースシャトル軌道制御システムによって減速させていた。
[11]
문서
通常のジェット旅客機には飛行中の減速に使用するフライトスポイラーと着地後の減速に使用するグラウンドスポイラーという2種類のスポイラー (航空機)|スポイラー（減速板）が備えられている。一方、350便に使用されていたダグラス DC-8|ダグラス DC-8-61はグラウンドスポイラーのみを搭載しており、飛行中の減速は4基のエンジンの内、主翼内側の2基を逆噴射して行う仕組みになっていた。
[12]
서적
Encyclopedia of Weapons of World War 2. Metro Books.
https://archive.org/[...]
2018-05-05
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