묶음식 로켓

1. 개요[편집]

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묶음식 로켓, 또는 엔진 묶음(Clustered Engine, Engine Clustering) 이란 주 로켓에 보조 로켓 여러 대를 다발처럼 묶거나, 또는 한 종류의 엔진을 여러 대 묶어 발사하는 방식의 로켓으로, 병렬식 로켓이라고도 부른다.
주로 소련에서 많이 쓰인 발사 방식으로, 단계식 로켓에 비하면 강한 힘을 낼 수 있다는 장점이 있다.

소련이 미국보다 우주비행을 더 빨리 할 수 있었던 것도 로켓 발사 방식이 이것이었기 때문이라는 주장이 있다.

2. 방식[편집]

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로켓은 가속을 얻기 위해 1단 로켓을 버리고 다음 단계에서 연소를 하는 방식이 대부분인데, 묶음식 로켓의 경우 2단 로켓의 점화를 원활하게 하기 위한 예열 차원에서 주변의 1단을 먼저 점화하는 식이다.
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더 정확히 말하자면, 다단 로켓은 보통 탑재물 중량이 가벼울 경우, 하나의 로켓 만으로도 충분히 가속 자체는 가능하지만 제 고도까지 올라가기엔 연소시간이 딸리고 그렇다고 연료탱크를 더 키우기엔 액체연료를 쓰는 경우가 많은 1단 로켓 특성상 연료급유 및 산화제 충전시간이 길어지고 그 특유의 높은 불안정성으로 인해 사고가 날 가능성이 큰데다, 고고도로 올라가게 되면 공기 저항이 줄어들고 중력의 영향도 감소하니만큼 적은 연료로도 더 빨리 더 멀리 갈수 있기에, 연소시간이 짧고,추력이 1단보다는 조금 적은 고체연료 로켓을 쓰는 2단 로켓을 장착하여 연소 시간을 적절히 맞추면서도 안정적으로 잘 발사하도록 하는 방식으로서 탑재물 중량 제한이 심하다라는 단점을 가진 반면, 클러스터 타입의 로켓을 이용할 경우, 보통은 퇴역하는 ICBM에서 탄두를 제거한 것을 가져다 쓰기에 무기로 쓰려고 수십년 전에 만든 것이 차고 넘치는데다 관리도 군대가 다 해왔기에, 가격도 싼데다 제조일자는 분명 수십년 전인데 상태는 신품인 것을 구하기가 아주 쉽다. 거기다 이런걸 갖고있는 나라들이 대부분 그 전력을 지속적으로 유지하고 있어서 한동안은 계속 더욱 개선된 중고품이 안정적으로 공급될 예정이다.

또한, 클러스터 로켓으로 만들 경우 자세를 안정시키기가 쉽고, 작은 로켓 3~4개로 구성된 클러스터를 다시 3~4개로 구성하는 소유즈와 같은 타입의 경우 하나가 꺼져도 엔진이 같은 단에 거진 열개는 더 있기에 실속위험이 낮으며 개당출력이 조금 약해도 여러개를 묶어 놓았기에 총 출력이 압도적이어서 탑재물 중량도 매우 크게 올라간다. 일례로, 미국 최초의 인공위성은 기껏해야 14kg 정도지만 소련의 스푸트니크는 83.6kg에 육박했으며 이후 냉전기간 미국의 페이로드는 톤 단위로 올라가는 데에 한참 걸렸지만 소련은 미국보다 아주 빨리 톤 단위를 찍었다.[1]

하지만 단점은 정확한 방향을 조절하기가 단계식에 비해 상대적으로 어렵다는 것. 그래서 사고도 은근 났다. 특히 기술이 발달되어 있어서 엔진의 개수와 크기 대비 출력이 강했던 미국이 되려 이 사고가 발생할 위험도가 더 컸다. 이유는 당연하게도 엔진개수가 너무 적다보니 하나 꺼지면 바로 로켓의 자세가 틀어져 지면을 향해버려서. 반면 소련의 소유즈 로켓은 전체 엔진의 제어가 어려워서 그렇지 가성비와 신뢰성, 안정성및 안전성의 4대 측면에서 미국의 동급 페이로드를 가진 로켓보다 한수 위이다.


묶음식 로켓의 3단 분리인 코롤료프 크로스

후에 엔진의 출력이 향상되면서 단계식 로켓에 밀리는 경향이 생겼는데, 지금도 발사체 중량이 톤 단위로 두자리수인 헤비급에는 일단 무조건 사용한다. 더 크게 만들려 했다가는 중량 문제로 뜨지도 못할 것이기 때문. 또한 외형도 외형이지만, 소유즈 우주로켓의 출신이 세계 최초의 ICBM인 점과 더불어 스푸트니크 발사장면 등 소련의 소유즈 우주로켓 발사장면이 유명한 덕분에 매체등에서 대형 로켓이나 미사일등을 언급할때 이 디자인으로 나오기도 한다. 대표적으로 레드얼럿 시리즈의 소련군 핵미사일이 R-7에서 탄두가 제거되고 대신 위성이나 유인우주선이 달린 모습인 소유즈의 디자인을 쓴다.

소련의 주력 발사체인 R-7이 이 방식의 로켓이다. 현재 러시아의 주력 로켓인 안가라 로켓은 미국 로켓들 처럼 단일 강력한 로켓엔진 방식이지만 페이로드가 큰걸 탑제 하기 위해서는 양옆 또는 사방에 로켓을 추가로 장착 하는 방식으로 묶음식 구성을 한다.

아리안이나 우주왕복선 등에 쓰이는 로켓 부스터도 이와 비슷하게 볼 수 있을 것이나 다르게 보는 사람들도 있다.

3. 변형[편집]

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프로톤 로켓에 와서는 이것을 변형했는데, 여러 로켓 엔진을 별도로 해놓지 않고, 하나의 코어에서 돌출시키는 방식으로 일체화를 하였다. 그덕에 코롤료프 크로스로 알려진, 부스터와 코어를 각자 장착된 방향으로 분리하여 밀어 버리는 과정이 없이 통째로 버린다.