연소기·노즐Combustion Chamber & Nozzle

한마디로 말하면

로켓 아랫부분을 보면 종 모양의 커다란 깔때기가 달려 있어요. 이 안에는 연료를 불태우는 방인 '연소실'과, 만들어진 가스를 밖으로 뿜어내는 통로인 '노즐'이 하나로 이어져 있어요. 로켓이 땅을 박차고 우주로 날아오르는 힘은 바로 이 연소기와 노즐에서 만들어져요.

어떤 원리일까요?

먼저 연소실 안에 연료와 산화제(연료가 타도록 돕는 물질)를 안개처럼 잘게 뿌려 넣고 불을 붙여요. 그러면 순식간에 섭씨 3,000도가 넘는 엄청나게 뜨겁고 팽창하려는 가스가 만들어져요. 이 온도는 쇠도 단숨에 녹여 버릴 만큼 뜨거워요.

이 뜨거운 가스는 유일한 출구인 노즐을 향해 빠져나가요. 로켓 노즐은 가운데가 잘록한 모래시계 모양으로 생겼어요. 가스가 가장 좁은 목 부분을 지날 때 속도가 소리의 속도(음속)에 도달해요. 이어서 종 모양으로 넓어지는 노즐을 통과하면서 가스는 소리의 속도보다 몇 배나 빠른 초음속으로 뿜어져 나가요. 가스가 아래로 강하게 뿜어져 나갈수록, 반작용으로 로켓은 위쪽으로 힘차게 밀려 올라가요.

생활 속에서 비유하면

마당에서 고무호스로 물을 뿌릴 때를 떠올려 보세요. 호스 끝을 손가락으로 살짝 누르면 물이 나오는 구멍이 좁아지면서 물줄기가 훨씬 빠르고 멀리 날아가요. 노즐은 뜨거운 가스의 길을 좁혔다 넓혀 주면서 가스가 뿜어져 나오는 속도를 최고로 높여 주는 장치예요.

왜 중요할까요?

연소기와 노즐은 쇠가 녹을 만큼 뜨거운 열기와 엄청난 압력을 견뎌야 해요. 그래서 엔지니어들은 연소기와 노즐 벽 속에 가느다란 관을 수백 개 만들어 놓고, 그 안으로 차가운 연료를 먼저 흘려보내 열을 식혀요. 연소기와 노즐을 얼마나 튼튼하고 정교하게 만드느냐가 로켓이 얼마나 무거운 인공위성을 우주로 올릴 수 있는지를 결정해요.