로켓

로켓(이탈리아어: rocchetto, light. '보빈/spool')^{[nb 1][1]}은 로켓 엔진에서 추진력을 얻는 우주선, 항공기, 차량 또는 발사체이다.로켓 엔진 배기는 전적으로 로켓 ^[2]안에 실려 있는 추진제로부터 형성된다.로켓 엔진은 작용과 반작용에 의해 작동하며, 단순히 배기가스를 반대 방향으로 고속으로 배출함으로써 로켓을 앞으로 밀어내기 때문에 우주의 진공상태에서 작동할 수 있다.

사실, 로켓은 대기보다 진공상태에서 더 효율적으로 작동한다.다단 로켓은 지구로부터의 탈출 속도에 도달할 수 있기 때문에 무제한 최대 고도에 도달할 수 있다.공기 호흡 엔진에 비해 로켓은 가볍고 강력하며 큰 가속을 일으킬 수 있다.그들의 비행을 제어하기 위해, 로켓은 운동량, 날개, 보조 반응 엔진, 김볼이 달린 추력, 운동량 바퀴, 배기 흐름의 편향, 추진제 흐름, 스핀 또는 중력에 의존한다.

군사용과 오락용 로켓은 적어도 13세기 ^[3]중국으로 거슬러 올라간다.로켓이 달에 발을 들여놓는 등 우주시대를 가능하게 하는 기술이었던 20세기에 이르러서야 과학적, 행성간, 산업적으로 중요한 사용이 이루어졌다.로켓은 현재 불꽃놀이, 미사일과 다른 무기, 발사 좌석, 인공위성을 위한 발사체, 인간 우주 비행, 그리고 우주 탐험에 사용되고 있다.

화학 로켓은 가장 일반적인 유형의 고출력 로켓으로, 산화제로 연료를 연소시킴으로써 일반적으로 고속 배기가스를 발생시킵니다.저장된 추진제는 단순한 가압 가스 또는 단일 액체 연료로 촉매(단일 추진제), 접촉 시 자발적으로 반응하는 두 개의 액체(고압 추진제), 반응하기 위해 점화되어야 하는 두 개의 액체(등유(RP1) 및 액체 산소), 대부분의 액체 추진제 로켓에 사용되는 고체입니다.연료와 산화제(고형 연료)의 조합 또는 고체 연료와 액체 또는 가스 산화제(고형 연료)의 조합.화학 로켓은 쉽게 방출되는 형태로 많은 양의 에너지를 저장하고 매우 위험할 수 있습니다.그러나 신중한 설계, 테스트, 시공 및 사용은 ^{[citation needed]}위험을 최소화합니다.

역사

최초의 화약추진 로켓은 13세기 송나라 시대인 중세 중국에서 진화했다.그들은 또한 이 기간 동안 초기 형태의 MLRS를 개발했다.몽골인들은 중국의 로켓 기술을 채택했고 13세기 ^[4]중반 몽골의 침략을 통해 중동과 유럽으로 전파되었다.로켓은 송나라 해군이 1245년의 군사 훈련에서 사용한 것으로 기록되었다^{[by whom?]}.내연 로켓 추진은 1264년에 언급된 것으로, 불꽃놀이의 일종인 "땅쥐"가 아들 리종이 ^[5]공성황후를 기리는 잔치에서 공성황후를 놀라게 했다고 기록하고 있다.그 후, 로켓은 14세기 중반 중국의 포병 장교 자오 유가 쓴 군사 논문인 '화룡징 매뉴얼'에도 포함되어 있다.이 글은 중국 ^[6]해군이 사용한 것으로 추정되는 최초의 다단 로켓인 '물로부터 뿜어져 나오는 불-드래곤'(Huo long chusui)에 대해 언급하고 있다.

중세 및 초기 현대 로켓은 공성전에서 소이탄으로 군사적으로 사용되었다.1270년에서 1280년 사이에, 하산 알-라마는 107개의 화약 조리법을 포함한 로켓을 ^[7][8]위한 107개의 화약 조리법을 포함한 알-푸루시야 와 알-마나시브 알-하르비야(Al-fursiyyah wa al-manasib al-harbiyyyyyya)를 썼다.유럽에서, 콘라드 키세르는 ^[9]1405년 경 그의 군사 논문 Belifortis에서 로켓을 묘사했다.

"로켓"이라는 이름은 이탈리아어로 "보빈" 또는 "작은 스핀들"을 의미하며, 물레에서 실을 고정하는 데 사용되는 보빈이나 스풀과 모양이 비슷하기 때문에 붙여졌다.Leonhard Fronsperger와 Conrad Haas는 16세기 중반에 이탈리아 용어를 독일어로 채택했다; "로켓"은 17세기 ^[1]초에 영어로 나타난다.카지미르 시미에노비치가 쓴 현대 로켓포에 관한 중요한 초기 작품인 Artis Magnae Artilleriae pars prima는 1650년 암스테르담에서 처음 인쇄되었다.

마이소르 로켓은 하이데르 ^[10]알리 치하의 마이소르 왕국에서 18세기 말에 개발된 최초의 철갑 로켓이다.

콩그리브 로켓은 1804년 윌리엄 콩그리브 경이 설계하고 개발한 영국의 무기이다.이 로켓은 마이소라 로켓에 직접 기반을 두고 있으며 압축 화약을 사용했으며 나폴레옹 전쟁에서 실전 배치되었다.프랜시스 ^[11]스콧 키가 1814년 맥헨리 요새를 포위하고 있던 영국 선박에 포로로 잡혀 있는 동안 "로켓의 붉은 빛"에 대해 썼을 때 언급한 것은 콩그리브 로켓이었다.미솔리언과 영국의 혁신은 함께 군사 로켓의 유효 사거리를 100야드에서 2,000야드로 늘렸습니다.

로켓 추진의 역학에 대한 첫 번째 수학적인 설명은 윌리엄 무어(1813) 때문이다.1814년 콩그레브는 다연장 로켓 발사 ^[12][13]장치의 사용에 대해 논의한 책을 출판했다.1815년 알렉산더 드미트리예비치 자시아드코는 살보(한 번에 6개의 로켓)로 로켓을 발사할 수 있는 로켓 발사 플랫폼과 총기 적재 장치를 만들었다.1844년 윌리엄 헤일은 로켓포의 정확도를 크게 높였다.에드워드 무니어 복서는 1865년 콩그리브 로켓을 더욱 개선했다.

윌리엄 리치는 1861년에 인간의 우주 비행을 가능하게 하기 위해 로켓을 사용하는 개념을 처음 제안했다.라이치의 로켓 비행에 대한 설명은 ^[14]1861년 그의 에세이 "우주를 통한 여행"에서 처음 제공되었고, 후에 그의 책 "하늘에 계신 신의 영광"에 출판되었다.콘스탄틴 치올코프스키도 나중에 이 아이디어를 생각해 냈고, 이후 우주 비행 개발의 기초를 제공한 이론을 광범위하게 발전시켰다.

영국 왕립비행단은 제1차 세계 대전 중에 유도 로켓을 설계했다. 아치발드 로우는 "1917년 실험 작업소는 전기 조종 로켓을 설계했다…"고 말했다.로켓 실험은 CDR의 도움을 받아 저만의 특허로 진행되었습니다. 브록 ^[15]"특허 "로켓의 개량"은 1918년 7월에 제기되었지만 보안상의 이유로 1923년 2월에야 출판되었다.발사와 가이던스 제어는 유선 또는 무선입니다.추진 및 유도 로켓 이플루스는 코의 휘어지는 뚜껑에서 나왔다.

1920년 클라크 대학의 로버트 고다드 교수는 극한 ^[16]고도에 도달하는 방법에서 로켓 기술의 개선안을 발표했다.1923년 헤르만 오베르트 (1894–1989)는 행성 우주로 가는 로켓 (The Rocket to Planetenréumen)을 출판했습니다.현대 로켓은 1926년 고다드가 고압 연소실에 초음속 (드 라발) 노즐을 부착하면서 시작되었다.이러한 노즐은 연소실에서 나오는 고온 가스를 보다 차갑고 극초음속적이며 방향성이 높은 가스 제트로 전환하여 추력을 두 배 이상 증가시키고 엔진 효율을 2%에서 ^[16]64%로 높입니다.그가 화약 대신 액체 추진제를 사용한 것은 무게를 크게 줄이고 로켓의 효과를 증가시켰다.

1921년 소련의 연구 개발 연구소인 가스 역학 연구소는 고체 추진제 로켓을 개발하기 시작했고, 1928년 첫 발사를 통해 약 1,300m를 ^[17]비행했다.이 로켓들은 1931년 세계 최초로 제트 보조 이륙용^[18] 로켓을 성공적으로 사용하기 위해 사용되었으며, 제2차 세계대전 때 사용된 카티우샤 로켓 발사기의 ^[19]원형이 되었다.

1929년, 프리츠 랭의 독일 공상과학 영화 '우먼 인 더 문'이 개봉되었다.그것은 다단 로켓의 사용을 보여주었고, 로켓 발사대(발사 전에 높은 건물을 향해 똑바로 서 있는 로켓)와 로켓 발사 카운트다운 ^[20][21]시계의 개념도 개척했다.가디언의 영화평론가 스티븐 암스트롱은 랭이 "로켓 ^[20]산업을 만들었다"고 말한다.랭은 1923년 헤르만 오베르트가 쓴 행성간 우주로 가는 로켓에서 영감을 얻었는데, 그는 영화의 과학적 조언자가 되었고 후에 V2 ^[22]로켓을 개발한 팀에서 중요한 인물이 되었다.이 영화는 너무 사실적인 것으로 여겨져서 나치가 권력을 잡았을 때 ^[23]V-2 로켓에 대한 비밀을 폭로할 것을 우려하여 금지되었다.

1943년 독일에서 V-2 로켓의 생산이 시작되었다.그것은 Peenemünde Army Research Center에 의해 설계되었으며, 기술 ^[24]책임자는 Vernher von Braun이었다.V-2는 1944년 ^[25]6월 20일 MW 18014의 수직 발사와 함께 카르만 선을 넘어 우주로 간 최초의 인공 물체가 되었다.독일 유도 미사일 프로그램과 병행하여, 로켓은 항공기에 수평 이륙(RATO), 수직 이륙(Bachem Ba 349 "Natter") 또는 동력을 공급하기 위해 사용되었다(Me 163, 제2차 세계 대전 유도 미사일 목록 참조).연합군의 로켓 프로그램은 포병 역할을 하는 소련의 카투샤 로켓과 미국의 대전차 바주카 발사체와 같은 유도되지 않은 미사일에 의존하여 기술력이 떨어졌다.이것들은 고체 화학 추진제를 사용했다.

미국은 1945년 베르너 폰 브라운을 포함한 많은 독일 로켓 과학자들을 체포하여 페이퍼클립 작전의 일부로 미국으로 데려왔다.제2차 세계 대전 후 과학자들은 고공 조건, 대기의 온도와 압력의 무선 원격 측정, 우주선의 검출, 그리고 더 많은 기술을 연구하기 위해 로켓을 사용했다; 또한 음속의 장벽을 깨는 최초의 승무원 차량인 벨 X-1(1947년)도 주목했다.독립적으로, 소련의 우주 프로그램 연구는 수석 디자이너 세르게이 코롤레프(1907-1966)의 지도 아래 계속되었다.

냉전 기간 동안 로켓은 현대 대륙간탄도미사일(ICBM)의 개발과 함께 군사적으로 매우 중요해졌다.1960년대 로켓 기술은 특히 소련(보스토크, 소유즈, 프로톤)과 미국(예: X-15)에서 빠르게 발전했다.로켓은 우주 탐사에 사용되기 시작했다.미국의 승무원 프로그램(수성 프로젝트, 제미니 프로젝트, 그리고 이후 아폴로 프로그램)은 1969년에 새턴 V 로켓에 의해 발사된 장비를 사용하여 달에 첫 번째 승무원이 착륙하면서 절정에 달했다.

종류들

차량 구성

로켓 자동차는 종종 수직으로 이륙하는 전형적인 키가 크고 얇은 "로켓" 모양으로 만들어지지만, 실제로 다음과 ^[26][27]같은 다양한 종류의 로켓이 있습니다.

• 풍선으로켓, 물로켓, 스카이로켓, 소형 고체로켓 등의 소형 모델로서 취미용 가게에서 구입할 수 있다.
• 미사일
• 아폴로 계획에 사용된 거대한 새턴 V와 같은 우주 로켓
• 로켓카
• 로켓^[28] 바이크
• 로켓 추진 항공기(일반 항공기의 로켓 보조 이륙 포함 - RATO
• 로켓 썰매
• 로켓 열차
• 로켓 어뢰^[29][30]
• 로켓 추진 제트팩^[31]
• 분사 시트나 발사 탈출 시스템 등의 신속한 탈출 시스템
• 우주 탐사선

설계.

로켓 디자인은 검은 분말로 채워진 골판지 튜브처럼 간단할 수 있지만, 효율적이고 정확한 로켓이나 미사일을 만드는 것은 많은 어려운 문제들을 극복하는 것을 포함한다.주된 어려움에는 연소실의 냉각, 연료 펌핑(액체 연료의 경우) 및 ^[32]운동 방향의 제어 및 수정이 포함됩니다.

구성 요소들

로켓은 추진제, 추진제를 넣는 곳(추진제 탱크 등) 및 노즐로 구성됩니다.또한 하나 이상의 로켓 엔진, 방향 안정화 장치(스러스트 벡터링용 핀, 버니어 엔진 또는 엔진 짐벌, 자이로스코프 등) 및 이러한 구성 요소를 함께 고정하는 구조물(일반적으로 모노코크)이 있을 수 있습니다.고속 대기 사용을 위한 로켓은 노즈콘과 같은 공기역학 페어링을 가지고 있으며, 이는 일반적으로 ^[33]페이로드를 고정한다.

이러한 구성 요소뿐만 아니라, 로켓은 날개(로켓 비행기), 낙하산, 바퀴(로켓 자동차), 심지어 사람(로켓 벨트)과 같은 다양한 구성 요소를 가질 수 있습니다.차량에는 일반적으로 위성 항법 및 관성 항법 시스템을 사용하는 항법 시스템 및 유도 시스템이 있는 경우가 많습니다.

엔진

로켓 엔진은 제트 ^[2]추진 원리를 사용한다.로켓에 동력을 공급하는 로켓 엔진은 매우 다양한 종류가 있습니다; 포괄적인 목록은 주요 기사인 로켓 엔진에서 찾을 수 있습니다.대부분의 현재 로켓은 뜨거운 배기가스를 방출하는 화학적으로 구동되는 로켓이다.^[34]로켓 엔진은 기체 추진제, 고체 추진제, 액체 추진제 또는 고체와 액체 모두의 혼합물을 사용할 수 있습니다.일부 로켓은 증기 로켓, 태양열 로켓, 핵 열 로켓 엔진 또는 물로켓이나 냉가스 추진기와 같은 단순 가압 로켓과 같이 추진제의 화학 반응 이외의 소스로부터 공급되는 열이나 압력을 사용한다.연소 추진제를 사용하면 연소실의 연료와 산화제 사이에서 화학 반응이 시작되고, 생성된 뜨거운 가스가 로켓의 후방을 향한 끝에 있는 로켓 엔진 노즐(또는 노즐)에서 가속됩니다.엔진을 통과하는 이러한 가스의 가속은 연소실과 노즐에 힘("추력")을 가하여 (뉴턴의 제3법칙에 따라) 차량을 추진시킵니다.이는 연소실 벽면의 힘(압력 곱하기 면적)이 노즐 개구부에 의해 불균형하기 때문에 실제로 발생하며, 다른 방향에서는 그렇지 않습니다.노즐의 모양은 또한 ^[2]로켓의 축을 따라 배기가스를 유도함으로써 힘을 발생시킵니다.

추진제

로켓 추진제는 추진제 탱크나 케이스의 어떤 형태로든 저장되는 질량을 말하며, 유체 제트의 형태로 로켓 엔진에서 분출되어 ^[2]추력을 생성하기 위한 추진 질량으로 사용됩니다.화학 로켓의 경우 추진제는 액체 수소나 등유와 같은 연료로 액체 산소나 질산과 같은 산화제와 함께 연소되어 매우 뜨거운 가스를 대량으로 발생시키는 경우가 많습니다.산화제는 따로 보관되어 연소실에서 혼합되거나 고체 로켓과 같이 미리 혼합됩니다.

때로는 추진제가 연소되지 않고 화학반응을 일으키기도 하며, 히드라진, 아산화질소 또는 과산화수소와 같은 '단일 추진제'가 되어 뜨거운 가스로 촉매 분해될 수 있다.

또는 증기 로켓, 태양 열 로켓 또는 핵 ^[2]열 로켓과 같이 외부에서 가열할 수 있는 불활성 추진제를 사용할 수 있다.

고성능이 덜 필요한 자세 제어 스러스터와 같은 더 작고 성능이 낮은 로켓의 경우, 가압된 유체가 추진 ^[2]노즐을 통해 우주선을 단순히 빠져나가는 추진제로 사용됩니다.

진자 로켓 오류

로버트 고다드가 만든 최초의 액체연료 로켓은 현대의 로켓과는 크게 달랐다.로켓이 비행 ^[36]중 추처럼 엔진에 매달려 안정성을 얻을 것이라는 고다드의 믿음에 따라 로켓 엔진은 맨 위에, 연료 탱크는 ^[35]맨 아래에 있었다.그러나 로켓은 항로를 벗어나 ^[37]발사장소로부터 184피트(56m) 떨어진 곳에 추락했으며, 이는 로켓 엔진이 ^[38]기지에 있는 것보다 더 안정적이지 못하다는 것을 보여준다.

사용하다

자체 추진제를 운반하는 로켓 또는 기타 유사한 반응 장치는 우주와 같이 추진에 유용하게 사용할 수 있는 다른 물질(땅, 물 또는 공기)이나 힘(중력, 자기, 빛)이 없을 때 사용해야 한다.이러한 상황에서는 사용할 추진제를 모두 휴대해야 합니다.

단, 다음과 같은 다른 상황에서도 유용합니다.

군사의

일부 군사 무기는 로켓을 사용하여 탄두를 목표물까지 밀어낸다.로켓과 그 페이로드가 함께 있는 것은 일반적으로 무기가 유도 시스템을 가지고 있는 경우(모든 미사일이 로켓 엔진을 사용하는 것은 아니며 일부는 제트 같은 다른 엔진을 사용하는 경우) 또는 무유도일 경우 로켓으로 불린다.대전차 미사일과 대공 미사일은 로켓 엔진을 사용하여 수 마일의 거리에서 고속으로 목표물과 교전하는 반면, 대륙간 탄도 미사일은 수천 마일 떨어진 곳에서 여러 개의 핵탄두를 운반하는 데 사용될 수 있고, 탄도탄 요격 미사일은 그것들을 막으려고 한다.적의 목표물을 감시하기 위해 발사된 핑퐁 로켓과 같은 로켓도 정찰용으로 시험되었지만, 정찰 로켓은 군대에서 널리 사용된 적이 없다.

과학과 연구

소리 로켓은 일반적으로 지구 ^[39]표면에서 50 킬로미터에서 1,500 킬로미터까지 측정되는 기구를 운반하는 데 사용됩니다.우주에서 본 지구의 첫 이미지는 1946년 V-2 로켓에서 얻어진 것이다.^[40]

로켓 엔진은 또한 레일을 따라 매우 빠른 속도로 로켓 썰매를 추진하는데 사용된다.이것의 세계 기록은 마하 8.^[41]5입니다.

우주 비행

더 큰 로켓은 보통 점화 후 몇 초까지 안정적인 지지대를 제공하는 발사대에서 발사된다.2,500~4,500m/s(9,000~16,200km/h, 5,600~10,100mph)의 높은 배기 속도 때문에 로켓은 약 7,800m/s(28,000km/h; 17,000mph)의 궤도 속도와 같이 매우 빠른 속도가 필요할 때 특히 유용합니다.궤도 궤도로 운반된 우주선은 많은 상업적 목적으로 사용되는 인공위성이 된다.사실, 로켓은 우주선을 궤도와 ^[42]그 너머로 발사할 수 있는 유일한 방법이다.그들은 또한 착륙을 위해 궤도를 바꾸거나 궤도를 이탈할 때 우주선을 빠르게 가속시키기 위해 사용된다.또한 로켓은 착륙 직전 경질 낙하산 착륙을 부드럽게 하기 위해 사용될 수 있다(역추진 로켓 참조).

구조.

로켓은 부서진 배에 줄을 밀어넣기 위해 사용되어 브리치 부표가 탑승자들을 구조하는데 사용될 수 있었다.로켓은 비상용 조명탄을 발사하기 위해서도 사용된다.

몇몇 유인 로켓들, 특히 새턴^[43] V와 ^[44]소유즈는 발사 탈출 시스템을 가지고 있다.이것은 작은 보통 고체 로켓으로, 승무원이 탑승한 캡슐을 본체에서 안전한 곳으로 즉시 끌어낼 수 있습니다.이러한 유형의 시스템은 시험 및 비행 중 모두 여러 번 작동되었으며 매번 올바르게 작동되었습니다.

소련의 달 로켓인 N1호 3L, 5L, 7L 발사 실패 중 3차례에 걸쳐 안전보장시스템(소련 명명법)이 L3 캡슐을 성공적으로 꺼낸 경우다.이 세 가지 경우 모두 캡슐은 비록 조여지지 않았지만 파괴되지 않았다.앞서 언급한 3개의 N1 로켓만이 기능적인 안전 보장 시스템을 가지고 있었다.우수 차량인 6L는 더미 상부 스테이지가 있어 N1 부스터가 실패한 ^{[45][46][47][48]}발사로부터의 탈출 성공률을 100%로 하는 탈출 시스템이 없었다.

Salyut 7 우주정거장으로의 임무 수행 중 소유즈 T-10이 ^[49]발사대에서 폭발하면서 승무원의 캡슐 탈출에 성공했다.

고체 로켓 추진식 분사 시트는 많은 군용기에 사용되어 비행 제어가 ^[50]상실되었을 때 승무원들이 비행기에서 안전한 곳으로 이동할 수 있도록 한다.

취미, 스포츠, 오락

모델 로켓은 저고도(30g(1.1온스) 모델의 경우 100–500m(330–1,640ft)에 도달하도록 설계된 소형 로켓이다.

미국 국가 로켓 ^[51]안전 규정에 따르면 모형 로켓은 종이, 나무, 플라스틱 그리고 다른 가벼운 재료로 만들어진다.또한 이 코드는 모터 사용, 발사 장소 선택, 발사 방법, 발사 장치 배치, 복구 시스템 설계 및 도입 등에 대한 가이드라인을 제공합니다.1960년대 초부터 모델 로켓 안전 법규의 사본이 대부분의 모델 로켓 키트와 모터와 함께 제공되어 왔다.고속으로 이동하는 끝이 뾰족한 인화성 물질과 물체와의 고유한 연관성에도 불구하고, 모형 로켓은 역사적으로 매우 안전한 취미임이 입증되었고^[52][53] 결국 과학자와 ^[54]엔지니어가 되는 어린이들에게 중요한 영감의 원천으로 인정되어 왔다.

취미 생활자들은 다양한 모형 로켓을 만들고 날립니다.많은 회사들이 모형 로켓 키트와 부품을 생산하고 있지만, 그들의 타고난 단순함 때문에 일부 취미가들은 거의 모든 것으로 로켓을 만드는 것으로 알려져 있다.로켓은 또한 소비자용과 전문적인 불꽃놀이에 사용된다.물 로켓은 물을 반응 덩어리로 사용하는 모형 로켓의 한 종류이다.압력 용기(로켓 엔진)는 일반적으로 플라스틱 청량 음료 병입니다.물은 일반적으로 압축 공기인 가압 가스에 의해 배출됩니다.이것은 뉴턴의 운동 제3법칙의 한 예이다.

아마추어 로켓의 규모는 자신의 뒷마당에서 발사된 작은 로켓에서부터 우주에 ^[55]도달한 로켓까지 다양하다.아마추어 로켓은 총 엔진 임펄스에 따라 저출력, 중출력, 고출력 세 가지로 나뉜다.

과산화수소 로켓은 제트팩에 ^[56]동력을 공급하기 위해 사용되며, 로켓 자동차는 항상 드래그 레이스 기록을 ^[57]보유하고 있다.

Corpous Stump은 영국에서 에어로텍 엔진으로 발사된 가장 강력한 비상업용 로켓이다.

비행

궤도 우주 비행 또는 행성간 우주 공간으로의 발사는 일반적으로 지상의 고정된 위치에서 이루어지지만 항공기나 배에서도 가능하다.

로켓 발사 기술에는 발사체 자체뿐만 아니라 발사 제어 시스템, 임무 제어 센터, 발사대, 지상 기지, 추적 스테이션 등 발사체를 성공적으로 발사하거나 복구하는 데 필요한 모든 시스템이 포함됩니다.이것들은, 통칭해 「그라운드 세그먼트」라고 불립니다.

궤도 발사체는 일반적으로 수직으로 이륙한 후 점차적으로 기울기 시작합니다. 보통 중력 회전 궤적을 따릅니다.

대기의 대부분을 상회하면, 차량은 로켓 제트를 수평으로 향하게 되지만, 약간 아래쪽으로 향하게 되어, 수평 속도를 높이면서 고도를 높일 수 있습니다.속도가 증가함에 따라 차량이 점점 더 수평이 되고 궤도 속도가 되면 엔진이 꺼집니다.

현재의 모든 차량은 궤도에 진입하는 길에 폐기 하드웨어를 장착합니다.비록 단계 없이 궤도에 도달할 수 있는 차량이 제안되었지만, 어떤 차량도 만들어지지 않았으며, 로켓으로만 구동될 경우, 그러한 차량의 연료 요구량이 기하급수적으로 증가하면 유용한 탑재량이 작거나 존재하지 않게 된다.대부분의 최신 및 역사적 발사체는 일반적으로 바다에 추락하도록 함으로써 폐기된 하드웨어를 "확장"하지만, 일부는 낙하산이나 추진 착륙을 통해 폐기된 하드웨어를 회수하여 재사용했다.

우주선을 궤도로 쏘아 올릴 때도그레그는 상승 단계 동안 유도되고 동력화된 회전으로 로켓의 비행 경로가 "추적" 경로에서 벗어나게 합니다.원하는 궤도 경사에 도달하기 위해 원하는 발사 방위가 지상(또는 인구 밀집 지역, 예를 들어 러시아는 보통 육상에서 발사하지만 사람이 살지 않는 지역) 또는 로켓이 발사 지점의 위도에 도달하지 않는 궤도 평면에 도달하려고 할 경우, 도그레그가 필요하다.도그레그는 추가 탑재 연료가 필요하므로 부하가 무거워지고 차량 ^[58][59]성능이 저하되므로 바람직하지 않습니다.

노이즈

로켓 배기가스는 상당한 양의 음향 에너지를 발생시킨다.초음속 배기가스가 주변 공기와 충돌하면서 충격파가 형성된다.이러한 충격파에 의한 소음 강도는 로켓의 크기 및 배기 속도에 따라 달라집니다.대형 고성능 로켓의 음향 강도는 근접 ^[60]거리에서 잠재적으로 살상할 수 있다.

우주왕복선은 ^[61]기지 주변에서 180dB의 소음을 발생시켰다.이에 맞서기 위해 NASA는 분당 90만³ 갤런(57 m/s)의 속도로 발사대에 물을 흘릴 수 있는 음향 억제 시스템을 개발했다.물은 소음 수준을 180dB에서 142dB로 낮춥니다(설계 요건은 145dB).^[62]음향 억제 시스템이 없다면, 음파는 발사대에서 로켓 쪽으로 반사되어 민감한 적재물과 승무원을 진동시킬 것이다.이러한 음파는 로켓을 손상시키거나 파괴할 정도로 심각할 수 있다.

엔진 소음은 지면에서 반사될 뿐만 아니라 제트로부터 멀리 방사되기 때문에 일반적으로 로켓이 지면에 가까이 있을 때 가장 강렬하다.이 소음은 지붕이 있는 화염 참호, 제트 주위에 물을 주입하고 ^[60]제트를 비스듬히 꺾음으로써 어느 정도 줄일 수 있습니다.

승무원 로켓의 경우 승객의 소리 강도를 줄이기 위해 다양한 방법이 사용되며, 일반적으로 로켓 엔진에서 멀리 떨어진 곳에 우주인을 배치하는 것이 상당히 도움이 됩니다.승객과 승무원은 차량이 초음속으로 주행할 때 음파가 ^[60]더 이상 차량을 따라가지 못하기 때문에 음향이 차단된다.

물리

작동

로켓 엔진의 추진제 연소의 효과는 연료에 저장된 ^{[citation needed]}화학 에너지를 활용하여 결과 가스의 내부 에너지를 증가시키는 것입니다.내부 에너지가 증가함에 따라 압력이 증가하며, 노즐을 사용하여 이 에너지를 방향성 운동 에너지로 변환합니다.이는 이러한 가스가 ^{[citation needed]}방출되는 주변 환경에 대한 추력을 생성합니다.배기가스의 이상적인 운동 방향은 추력을 발생시키는 방향이다.연소실의 상단 끝에서는 뜨겁고 에너지 넘치는 가스 오일이 앞으로 나아갈 수 없기 때문에 로켓 엔진의 연소실 상단을 향해 위로 밀어 올립니다.연소 가스는 연소실의 출구에 가까워지면 속도가 증가합니다.로켓 엔진 노즐의 수렴 부분이 연소 가스의 고압 유체에 미치는 영향은 가스가 고속으로 가속되도록 하는 것입니다.가스의 속도가 높을수록 연소실의 해당 부분에 작용하는 가스의 압력(베르누이의 원리 또는 에너지 보존)이 낮아집니다.적절하게 설계된 엔진에서는 노즐의 목구멍에서 유량이 마하 1에 도달합니다.이 시점에서 흐름의 속도가 증가합니다.노즐의 목구멍을 넘어, 엔진의 종 모양의 팽창 부분이 팽창하는 가스를 로켓 엔진의 그 부분에 밀어 넣을 수 있게 합니다.따라서 노즐의 벨 부분은 추가적인 추력을 줍니다.간단히 표현하면, 뉴턴의 제3법칙에 따르면 모든 작용에 대해 동등하고 반대되는 반응이 있는데, 그 결과 기존의 기체가 ^{[63][nb 2]}로켓에 힘을 가하는 반응을 일으킨다.

밀폐된 챔버에서는 압력이 각 방향으로 동일하며 가속이 발생하지 않습니다.챔버 하단에 개구부가 있을 경우 누락된 부분에 압력이 더 이상 작용하지 않습니다.이 개구부를 통해 배기가스가 배출됩니다.나머지 압력은 개구부 반대쪽에 결과적으로 추진력을 주며, 이러한 압력이 로켓을 밀어내는 원동력이 됩니다.

노즐의 모양이 중요합니다.테이퍼형 노즐에서 나오는 공기로 추진되는 풍선을 생각해 보십시오.이 경우 공기압력과 점성마찰의 조합은 노즐이 풍선을 누르지 않고 ^[65]풍선에 의해 당겨진다.수렴/분산 노즐을 사용하면 외부로 팽창할 때 배기 가스도 노즐을 누르기 때문에 총 힘이 약 2배로 증가합니다.챔버에 추진제 가스를 지속적으로 가하면 추진제가 남아 있는 한 이러한 압력을 유지할 수 있습니다.액체 추진제 엔진의 경우, 추진제를 연소실로 이동시키는 펌프는 연소실보다 더 큰 압력(일반적으로 약 100기압)^[2]을 유지해야 합니다.

부작용으로, 로켓에 가해지는 이러한 압력은 반대 방향의 배기에 작용하고 이 배기를 매우 빠른 속도로 가속시킵니다(뉴턴의 ^[2]제3법칙에 따르면).운동량 보존의 원리에서 로켓의 배기 속도는 주어진 양의 추진체에 대해 얼마나 운동량이 증가하는지 결정한다.이것은 로켓의 특이적 ^[2]충격이라고 불립니다.외부 섭동이 없는 로켓, 추진제 및 비행 중 배기가스는 닫힌 시스템으로 간주될 수 있기 때문에 총 운동량은 항상 일정하다.따라서 한 방향의 배기가스 순속도가 빠를수록 반대 방향의 로켓 속도를 높일 수 있다.로켓 본체의 질량은 일반적으로 최종 총 배기 질량보다 훨씬 낮기 때문에 특히 그렇습니다.

비행 중인 로켓에 가해지는 힘

로켓에 가해지는 힘에 대한 일반적인 연구는 탄도학 분야의 일부이다.우주선은 우주역학 하위분야에서 더욱 연구된다.

비행 로켓은 주로 다음과 ^[66]같은 영향을 받습니다.

• 엔진으로부터의 스러스트러스트
• 천체로부터의 중력
• 대기 중에 움직이는 경우 끌기
• 리프트: 일반적으로 로켓 추진 항공기를 제외하고 비교적 작은 효과

또한 이너시아 및 원심 의사력은 천체의 중심을 중심으로 한 로켓의 경로로 인해 중요할 수 있으며, 올바른 방향 및 고도에 충분한 고속이 달성되면 안정적인 궤도 또는 탈출 속도를 얻을 수 있다.

이러한 힘은, 안정된 꼬리(엠펜니지)가 존재하는 경우, 의도적인 제어 노력이 이루어지지 않는 한, 자연스럽게 중력 회전이라고 불리는 대략적인 포물선 궤도를 따르게 되며, 이 궤적은 적어도 발사 초기 부분에서 종종 사용됩니다(이것은 로켓 엔진이 코에 장착되어 있는 경우에도 마찬가지입니다).따라서 발사체는 공격 각도를 낮거나 심지어 0으로 유지할 수 있으며, 이는 발사체에 가해지는 횡방향 스트레스를 최소화하여 더 ^[67][68]약하고 가벼운 발사체를 가능하게 한다.

드래그

항력은 로켓이 움직이는 공기와는 반대 방향의 힘이다.이로 인해 차량의 속도가 느려지고 구조 하중이 발생합니다.빠르게 움직이는 로켓의 감속력은 항력 방정식을 사용하여 계산한다.

공기역학적 노즈콘과 높은 탄도 계수를 가진 형태("고전적인" 로켓 모양—길고 얇은)를 사용하고 로켓의 공격 각도를 가능한 낮게 유지함으로써 항력을 최소화할 수 있습니다.

발사 중, 차량 속도가 증가하고 대기가 변화함에 따라 최대 공기역학적 항력 지점인 max Q가 발생합니다.이는 로켓이 이러한 ^[69]힘 하에서 좌굴되는 것을 피해야 하기 때문에 차량의 최소 공기역학적 강도를 결정합니다.

그물 추력

일반적인 로켓 엔진은 초당 몇 킬로미터의 속도로 노즐에서 나오는 추진제에서 자체 질량의 상당 부분을 처리할 수 있습니다.이것은 로켓 엔진과 종종 전체 차량의 추력 대 중량 비율이 100을 초과하는 극단적인 경우 매우 높을 수 있다는 것을 의미합니다.이는^[70] 일부 더 나은 엔진의 ^[71]경우 5를 초과할 수 있는 다른 제트 추진 엔진과 비교됩니다.

로켓의 순추력은 다음과 같습니다.

여기서:

유효 배기 $속도{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle v_{}}$e {\$displaystyle v_{e$}}는$$ 배기 가스가 차량을 빠져나가는 속도이며, 공간 진공 상태에서는 유효 배기 속도가 종종 스러스트 축을 따라 실제 평균 배기 속도와 동일합니다.그러나 유효 배기 속도는 다양한 손실을 허용하며, 특히 대기 내에서 작동하면 감소합니다.

로켓 엔진을 통과하는 추진제 흐름 속도는 종종 비행 중에 의도적으로 변화하여 추력을 제어하고 그에 따라 비행 속도를 조절합니다.예를 들어, 이는 공기역학적^[69] 손실을 최소화하고 추진제 하중 감소로 인한 g-힘의 증가를 제한할 수 있다.

토탈 임펄스

임펄스는 시간에 따라 물체에 작용하는 힘으로 정의되며, 반대되는 힘(중력과 공기역학 항력)이 없을 때 물체의 운동량(질량과 속도의 통합)을 변화시킵니다.따라서 이륙 추력, 질량 또는 "동력"이 아닌 로켓의 최고 성능 등급(페이로드 질량 및 종단 속도 능력)이다.로켓(단)이 추진체를 태울 때의 총 충격은 다음과 같습니다.^{[2]: 27}

고정 추력이 있는 경우, 이것은 단순합니다.

다단 로켓의 총 임펄스는 개별 단계별 임펄스의 합입니다.

특정 임펄스

여러_sp 로켓의 진공상태에서

로켓	추진제	Isp, 진공
우주왕복선 액체 엔진	LOX/LH2	453[72]
우주왕복선 고체 모터	APCP	268[72]
우주왕복선 OMS	NTO/MMH	313[72]
새턴 V 스테이지 1	LOX/RP-1	304[72]

추력 방정식에서 알 수 있듯이, 배기 장치의 유효 속도는 초당 연소되는 특정 양의 연료에서 생성되는 추력의 양을 제어합니다.

배출되는 추진제의 중량 단위당 순 임펄스인 동등한 척도를 특정 $임펄스$라고 하며,$이$는 로켓의 $성능$을 설명하는 가장 중요한 수치 중 하나입니다$.$이는 다음과 같이 유효 배기 속도와 관련되도록 정의된다.

여기서:

따라서 비임펄스가 클수록 엔진의 순추력 및 성능이 높아집니다.${\displaystyle I_{}}$ $(\$ I_${sp})$는 엔진 테스트 중 측정을 통해 결정됩니다.실제로 로켓의 유효 배기 속도는 다양하지만 공기 중 음속의 약 15배인 최대 4500m/s까지 매우 높을 수 있다.

Delta-v(로켓 방정식

로켓의 델타-v 용량은 외부 간섭 없이(공기 항력, 중력 또는 다른 힘 없이) 로켓이 달성할 수 있는 이론적인 속도의 총 변화입니다.

${\displaystyle v_{}}$e {\$displaystyle v_{e}}$가 일정할 $경우{\displaystyle {}_{}}$ 로켓 차량이 제공할 수 있는 델타 v는 치올코프스키 로켓 ^[75]방정식을 통해 계산할 수 있습니다.

$\displaystyle \Delta v\=v_{e}\ln {frac {m_{0}}{m_{1}}}$

여기서:

지구에서 발사될 때 페이로드를 운반하는 단일 로켓의 델타-vs는 몇 km/s가 될 수 있다.일부 이론적 설계에는 9km/s 이상의 델타 vs를 갖는 로켓이 있다.

필요한 델타-v는 특정 기동에 대해서도 계산할 수 있다. 예를 들어 지구 표면에서 지구 저궤도로 발사되는 델타-v는 약 9.7km/s이며, 이는 약 200km의 고도에서 약 7.8km/s의 측면 속도로 차량을 남긴다.이 기동에서는 약 1.9km/s가 공기 끌림, 중력 끌림 및 고도를 높이는 과정에서 손실됩니다.

${\displaystyle \frac{{비율\mathrm{}}_{}}{}}$ m ${\displaystyle \frac{{0\mathrm{}}_{}}{}}$m1$({displaystyle {m_{$0}}{$m_{$1}})은$$ 질량비라고 불리기도 합니다.

질량비

발사체의 질량은 거의 모두 ^[76]추진체로 이루어져 있다.질량비는 모든 '연소'에 대해 로켓의 초기 질량과 최종 ^[77]질량의 비율이다.다른 모든 것이 같다면, 높은 질량비는 로켓이 가볍고 따라서 더 나은 성능을 나타내기 때문에 좋은 성능을 위해 바람직하다. 스포츠 카에서 낮은 무게가 바람직하다는 것과 본질적으로 같은 이유에서이다.

로켓은 모든 종류의 엔진 중 추력 대 중량비가 가장 높고, 이는 차량이 높은 질량비를 달성하도록 도와 비행 성능을 향상시킵니다.비율이 높을수록 운반에 필요한 엔진 질량이 줄어듭니다.이것은 훨씬 더 많은 추진제를 운반할 수 있게 해주며, 델타-v를 엄청나게 향상시킵니다.또는 구조 시나리오나 경주용과 같은 일부 로켓은 상대적으로 적은 추진체와 페이로드만 운반하므로 가벼운 구조만 필요하며 대신 높은 가속을 달성한다.예를 들어 소유즈 탈출 시스템은 20g을 ^[44]생산할 수 있다.

달성 가능한 질량비는 추진제 유형, 차량이 사용하는 엔진의 설계, 구조 안전 여유도 및 건설 기법과 같은 많은 요소에 따라 크게 달라진다.

일반적으로 액체 로켓에 의해 가장 높은 질량비가 달성되며, 이러한 유형은 일반적으로 높은 델타-v를 필요로 하는 궤도 발사체에 사용된다.액체 추진제는 일반적으로 물과 유사한 밀도(액체 수소 및 액체 메탄 제외)를 가지며, 이러한 유형은 경량 저압 탱크를 사용할 수 있으며 일반적으로 고성능 터보펌프를 작동하여 추진제를 연소실로 밀어 넣을 수 있습니다.

일부 주목할 만한 질량 분율은 다음 표에 나와 있다(일부 항공기는 비교를 위해 포함된다).

차량	이륙 질량	최종 질량	질량비	질량분율
Ariane 5 (차량 + 페이로드)	746,000 kg (~1,645,000파운드)	2,700 kg + 16,000[78] kg (~6,000파운드 + ~35,300파운드)	39.9	0.975
타이탄 23G 1단	117,020 kg (258,000파운드)	4,760 kg (10,500파운드)	24.6	0.959
새턴 V	3,038,500[79] kg (~6,700,000파운드)	13,300 kg + 118,000[79] kg (~29,320파운드 +~260,150파운드)	23.1	0.957
우주왕복선(차량 + 페이로드)	2,040,000 kg (~4,500,000파운드)	104,000kg + 28,800kg (~230,000파운드 +~63,500파운드)	15.4	0.935
새턴 1B(스테이지만)	448,648[80] kg (989,100파운드)	41,594[80] kg (91,700파운드)	10.7	0.907
버진 애틀랜틱 글로벌 플라이어	10,024.39 kg (22,100파운드)	1,678.3 kg (3,700파운드)	6.0	0.83
V-2	13,000 kg (~28,180파운드) (12.8톤)		3.85	0.74 [81]
X-15	15,170 kg (34,000파운드)	6,620 kg (14,600파운드)	2.3	0.57[82]
콩코드	최대 181,000kg (400,000파운드)		2	0.5[82]
보잉 747	최대 363,000kg (800,000파운드[82])		2	0.5[82]

스테이징

지금까지 궤도에 도달하는 데 필요한 속도(델타-v)는 단일 로켓에 의해 유지되지 않았다. 왜냐하면 추진체, 탱크, 구조체, 유도체, 밸브 및 엔진 등은 추진체가 운반하는 델타-v가 합리적인 탑재량을 달성하기에는 너무 큰 이륙 질량의 특정 최소 비율을 차지하기 때문이다.단대 궤도 로켓은 지금까지 도달할 수 없었기 때문에 궤도 로켓은 항상 1단 이상을 가지고 있다.

예를 들어 토성 V의 첫 번째 단은 상단의 무게를 싣고 약 10의 질량비를 얻을 수 있었고 263초의 특정 임펄스를 얻을 수 있었다.이는 약 5.9km/s의 델타-v를 제공하는 반면, 모든 손실이 허용되는 궤도를 달성하기 위해서는 약 9.4km/s의 델타-v가 필요하다.

이 문제는 종종 스테이징을 통해 해결됩니다.로켓은 발사 중에 여분의 중량(일반적으로 빈 탱크와 관련 엔진)을 줄입니다.스테이징은 이전 단계 이후 로켓이 점등하는 연속이거나 로켓이 함께 타들어갔다가 ^[83]소실되면 분리되는 평행이다.

스테이징으로 달성할 수 있는 최대 속도는 이론적으로 빛의 속도에 의해서만 제한됩니다.그러나 운반할 수 있는 페이로드는 추가 단계가 필요할 때마다 기하학적으로 내려가는 반면, 각 단계에 대한 추가 델타-v는 단순히 가법적입니다.

가속도 및 추력 대 중량비

뉴턴의 제2법칙에 따르면 차량의 가속력$,$ $즉{\displaystyle }$ $디스플레이$ 스타일$$a는 다음과 같습니다.

여기서 m은 차량의 순간 $질량$이고 ${\displaystyle$ F_{n$}}$은 로켓에 작용하는 순 힘입니다(대부분의 추력이지만 공기 항력 및 기타 힘이 일부 작용할 수 있습니다).

남은 추진체가 줄어들면 로켓은 가벼워지고 가속력은 소진될 때까지 증가하는 경향이 있다.즉, 차량이 훨씬 ^[2]가벼워졌을 때 대부분의 속도 변화가 화상 끝부분을 향해 발생한다는 것을 의미합니다.그러나 추력을 조절하여 필요한 경우 이를 상쇄하거나 변경할 수 있습니다.가속의 중단은 또한 스테이지가 연소될 때 발생하며, 종종 새로운 스테이지가 작동될 때마다 낮은 가속도에서 시작합니다.

피크 가속은 보통 연료 부하와 탱크 및 관련 구조의 감소에 의해 달성되는 감소된 질량의 차량을 설계함으로써 증가할 수 있지만, 이는 분명히 범위, 델타-v 및 연소 시간을 감소시킨다.그러나 로켓이 사용되는 일부 용도에서는 짧은 시간 동안 높은 피크 가속을 적용하는 것이 매우 바람직하다.

차량의 최소 질량은 최소 연료와 운반할 수 있는 구조를 가진 로켓 엔진으로 구성됩니다.이 경우, 로켓 엔진의 추력 대 중량비는^{[nb 3]} 설계 가능한 최대 가속도를 제한한다.로켓 엔진은 일반적으로 중량 대비 추진력이 매우 우수하며(NK-33 ^[84]엔진의 경우 137개, 일부 고체 로켓은 1000개 이상^{[2]: 442} ), 거의 모든 고성능 차량이 로켓을 사용했거나 사용한 것으로 밝혀졌다.

로켓이 가지고 있는 높은 가속도는 로켓 차량이 종종 수직 이륙을 할 수 있다는 것을 의미하며, 어떤 경우에는 엔진의 적절한 안내와 제어를 통해 수직 착륙도 가능하다.이러한 작업을 수행하려면 차량의 엔진이 국지적 중력 가속도 이상을 제공해야 합니다.

에너지

에너지 효율

일반적인 로켓 추진체의 에너지 밀도는 보통 기존 탄화수소 연료의 1/3 정도이며, 질량의 대부분은 산화제(대개 비교적 저렴한)입니다.그럼에도 불구하고 이륙 시 로켓은 연료와 산화제에 엄청난 에너지를 저장합니다.물론 추진제 에너지의 상당 부분이 로켓 본체의 운동 에너지 또는 위치 에너지로 끝나는 것이 바람직하다.

연료로부터의 에너지는 공기 항력과 중력 항력으로 손실되어 로켓이 고도와 속도를 높이는 데 사용됩니다.하지만, 손실된 에너지의 대부분은 결국 ^{[2]: 37–38} 배기가스로 가게 됩니다.

화학 추진 장치에서 엔진 효율은 단순히 배기가스의 운동력과 화학 ^{[2]: 37–38} 반응에서 얻을 수 있는 동력의 비율입니다.

엔진 내 100% 효율(엔진 효율 ${\displaystyle {\eta }_{}}$ c$=$ ${\displaystyle 100}$ _${c$}=$100$은 연소 생성물의 모든 열에너지가 제트의 운동 에너지로 변환됨을 의미합니다.이것은 불가능하지만, 로켓과 함께 사용할 수 있는 거의 단열성 고팽창비 노즐은 놀라울 정도로 근접합니다. 즉, 노즐이 가스를 팽창시키면 가스가 냉각되고 가속되어 최대 70%의 에너지 효율을 달성할 수 있습니다.나머지 대부분은 ^{[2]: 37–38} 회수되지 않은 배기 가스 내의 열에너지입니다.높은 효율은 매우 높은 온도에서 로켓 연소를 할 수 있고 기체가 훨씬 낮은 온도에서 방출되기 때문에 카르노 효율이 좋은 결과입니다.

그러나 엔진 효율이 전부는 아닙니다.다른 제트 기반 엔진과 마찬가지로, 특히 로켓의 경우 엔진 효율에 관계 없이 저속에서 로켓 차량은 매우 비효율적이다.문제는 저속에서 배기가스가 엄청난 양의 운동 에너지를 후방으로 운반한다는 것입니다.이 현상을 추진효율( prop$$ \ $displaystyle \eta$ _${p$})$$^{[2]: 37–38} 이라고 한다.

그러나 속도가 증가하면 결과적으로 발생하는 배기 속도가 저하되고 전체 차량 에너지 효율이 상승하여 배기 가스 배출 속도와 정확히 동일한 속도로 차량이 주행할 때 엔진 효율의 약 100%에 도달합니다.이 경우 이상적으로는 움직이는 차량 뒤쪽 공간에서 배기가스가 정지하여 에너지가 전혀 없어지고 에너지 절약으로 인해 모든 에너지가 차량으로 보내집니다.그러면 배기가스가 차량 뒤쪽으로 전진하면서 더욱 빠른 속도에서 효율이 다시 떨어집니다.

이러한 원리로 볼 때$,$ $배기{\displaystyle }$ $속도{\displaystyle }$ c\$displaystyle$$c$\$displaystyle$u로 이동하는 로켓의 추진 ${\displaystyle {효율}_{}}$ θ$$p$\$$displaystyle$ \$eta_{$p$$}는 다음과 같습니다.

전체적인 (즉시) 에너지 효율$$»(\$displaystyle \eta)$은 다음과 같습니다.

예를 들어, 공식에 따르면, 0.7의$$ $c\displaystyle$ \eta _${c}$의 경우, 배기 속도가 마하 10인 마하 0.85(대부분의 항공기 순항 속도)로 비행하는 로켓은 예측된 전체 에너지 효율이 5.9%인 반면, 기존의 현대적인 공기 호흡 제트 엔진은 35%에 근접합니다.따라서 로켓은 약 6배 더 많은 에너지를 필요로 한다; 그리고 로켓 추진제의 특정 에너지가 기존 공기 연료의 약 3분의 1을 허용한다면, 같은 여정에 약 18배 더 많은 추진제를 운반해야 할 것이다.이것이 로켓이 일반 항공에 거의 사용되지 않는 이유이다.

에너지는 궁극적으로 연료에서 나오기 때문에, 이러한 고려사항은 ICBM이나 궤도 발사처럼 매우 빠른 속도가 필요할 때 주로 유용하다는 것을 의미한다.예를 들어, NASA의 우주왕복선은 약 8.5분 동안 엔진을 발사하여 100,000kg의 차량(25,000kg의 페이로드 포함)을 111km의 고도와 궤도 속도로 끌어올리기 위해 1,000톤의 고체 추진제(16% 알루미늄 함유)와 2,000,000L의 액체 추진제(106,261kg의 액체 수소 연료)를 추가로 소비했습니다.시속 30,000km입니다.이 고도와 속도에서 차량은 약 3TJ의 운동 에너지와 약 200GJ의 잠재 에너지를 가졌다.20 TJ의 ^{[nb 4]}초기 에너지를 고려하면, 우주왕복선은 궤도선 발사에 약 16%의 에너지 효율이 있었다.

$따라서$ 제트엔진은 속도와 제트배기속도$(터보팬 등$)$$가 더 잘 일치하며$$아음속 및 초음속 대기에서 사용되는 반면 로켓은 극초음속 속도에서 가장 잘 작동합니다.반면에, 로켓은 매우 높은 추진력과 그에 따른 높은 가속력으로 인해 저속의 비효율성이 더 큰 단거리 상대적으로 느린 군사 용도로 사용된다.

오버스 효과

로켓의 한 가지 미묘한 특징은 에너지와 관련이 있다.로켓단은 주어진 하중을 운반하는 동안 특정 델타-v를 제공할 수 있다.이 델타 v는 초기 속도에 관계없이 속도가 특정 양만큼 증가(또는 감소)함을 의미합니다.하지만, 운동 에너지는 속도에 관한 정사각형 법칙이기 때문에, 이것은 로켓이 연소되기 전에 더 빨리 이동할수록 더 많은 궤도 에너지를 얻거나 잃는다는 것을 의미합니다.

이 사실은 행성간 여행에 사용된다.그것은 탈출 속도에 도달하기 위한 델타-v의 양이 로켓이 지구나 다른 행성 표면에 가까운 고속으로 이동할 때 델타-v가 적용된다면 훨씬 적을 수 있다는 것을 의미합니다; 반면에 로켓이 고도에서 느려질 때까지 기다리는 것은 탈출 속도를 달성하기 위해 필요한 노력을 배가시킵니다.붉은 궤도

안전성, 신뢰성 및 사고

이 섹션은 확장해야 합니다.추가하시면 됩니다. (2016년 5월)

로켓의 신뢰성은 모든 물리적 시스템과 마찬가지로 엔지니어링 설계 및 시공 품질에 따라 달라집니다.

로켓 추진제의 엄청난 화학 에너지 때문에, 사고의 결과는 심각할 수 있습니다.대부분의 우주 임무에는 몇 가지 ^[85]문제가 있다.1986년, 챌린저 우주 왕복선 참사 이후, 미국 물리학자 리처드 파인만, 로저스 위원회에 봉직한 불안전 상태의 우주선의 발사의 가능성은 매우 대략 1%;궤도 우주 비행에 대한[86]더 최근에는 역사적 당 person-flight 위험이 약 2%[87]계산해 왔다고 잠정 집계했다.또는 4%.[88]

2003년 5월, 우주비행사 사무소는 "우주왕복선과 비교하여 상승 중 인명의 위험의 크기가 감소하는 것은 현재의 기술과 나사의 기술과 일치한다는 합의"를 나타내면서 미래의 NASA 승무원 임무에 대한 승무원 안전 개선의 필요성과 실현 가능성에 대한 입장을 분명히 했다.로켓의 신뢰성을 지속적으로 향상시키는 데 초점을 맞춘다."^[89]

비용 및 경제성

로켓 비용은 크게 추진제 비용, 로켓의 '건조 질량'을 획득 및/또는 생산하는 비용, 필요한 지원 장비 및 시설의 ^[90]비용으로 나눌 수 있다.

로켓의 이륙 질량의 대부분은 보통 추진체이다.그러나 추진제가 kg당 휘발유보다 몇 배 이상 비싼 경우는 거의 없으며(2009년 기준 휘발유는 약 1/kg[0.45달러/lb] 이하) 상당한 양이 필요하지만, 가장 저렴한 로켓을 제외한 모든 로켓에 대해 추진제 비용은 완전히 무시할 ^[90]수는 없지만 일반적으로 비교적 적은 것으로 밝혀졌다.액체 산소가 kg당 0.15달러(0.068/lb)이고 액체 수소가 kg당 2.20달러(1.00/lb)인 2009년 우주왕복선은 발사 때마다 약 140만 달러의 액체 추진제 비용이 발생했으며, 다른 비용에서 4억 5천만 달러가 들었다(외부 연료 탱크에 액체 추진제 질량의 40%, 고체 연료 탱크에서 60% 사용).SRB)^[91][92][93]를 참조해 주세요.

로켓의 추진제가 아닌 경우에도 건조 질량은 총 ^[94]질량의 5-20%에 불과하지만, 그럼에도 불구하고 이 비용이 지배적이다.궤도 발사체에 사용되는 성능을 가진 하드웨어의 경우, 건식 중량 1kg당 $2000–$10,000 이상의 비용이 주로 엔지니어링, 제작 및 테스트에서 발생합니다. 원자재는 일반적으로 총 ^[95][96]비용의 약 2%에 해당합니다.재사용 가능한 로켓(셔틀 엔진)을 제외한 대부분의 로켓에서는 엔진이 몇 분 이상 작동하지 않아도 되므로 설계가 단순해집니다.

로켓이 궤도에 도달하기 위한 극한 성능 요건은 중량 ^[96]이유로 허용되는 제한된 안전 요소에도 불구하고 신뢰성을 보장하기 위한 집중적인 품질 관리를 포함하여 높은 비용과 관련이 있다.개별적으로 가공하지 않으면 소수로 생산된 부품은 대량 생산에 따른 연구개발 및 설비 비용 상각을 더 많은 보행자 제조에서 ^[96]볼 수 있는 수준으로 방지할 수 있다.액체 연료 로켓 중에서, 압력 급지 엔진은 펌프 급지 엔진보다 부품 수가 2계단 적을 수 있지만, 결과적으로 ^[96]작은 기동 추진기에 사용되는 더 큰 탱크 압력이 필요하기 때문에 더 많은 중량을 발생시키는 것과 같이, 얼마나 많은 하드웨어를 경량화해야 하는지에 따라 복잡성이 영향을 받을 수 있다.

궤도 발사 차량에 대한 선행 요인을 변경하려면, 제안된 방법 많은 양이든 큰 scale,[90]나 개발 재사용할 수 있는 로켓을 뜻하는 것인지에 매우 빈번하게 많은 payloads에 대한 솔직한 비용 상환하거나 non-rock을 생성하여 로켓 성능 요구 사항을 줄이는 날기 대량으로 생산되는 단순한 로켓을 포함하고 있다.것은 s궤도에 도달하는 속도의 일부에 대한 페이스런치 시스템(또는 일부 로켓 사용을 수반하는 대부분의 방법)

지원 장비, 범위 비용 및 발사대의 비용은 일반적으로 로켓의 크기에 따라 증가하지만 발사 속도에 따라 차이가 덜하므로 대략 고정 ^[90]비용으로 간주할 수 있다.

일반적으로 비슷한 성능을 필요로 하지 않고 때로는 대량 생산되는, 궤도에 오르기 위한 발사 이외의 용도(예: 군사 로켓 및 로켓 지원 이륙)의 로켓은 종종 상대적으로 저렴하다.

2010년대 새로운 민간 경쟁

2010년대 초부터, 우주 비행 서비스를 얻기 위한 새로운 민간 옵션이 등장하여, 기존 ^{[97][98][99][100]}시장에 상당한 가격 압력을 가했다.

「 」를 참조해 주세요.

메모들

외부 링크

정부 기관

• FAA 상업 우주 수송 사무소
• 미국항공우주국
• 전미 로켓 협회
• 트리폴리 로켓 협회
• Asoc. 코헤테리아 실험 y Modelista de Argentina
• 영국 로켓 협회
• IMR – 독일/오스트리아/스위스 로켓 협회
• 캐나다 로켓 협회
• 인도 우주 연구 기구

정보 사이트

• 우주인 백과사전 – 로켓 및 미사일 알파벳 색인
• 로켓과 우주 기술
• 군터의 스페이스 페이지– 로켓 및 미사일 목록 전체
• Rocketdyne 테크니컬 기사
• 상대성 계산기 – 치올코프스키의 로켓 방정식 학습
• 로버트 고다드 – 미국의 우주 개척자