열핵 로켓에서 액체 수소 안전하게 보관

냉전시대, 현대, 근미래의 우주비행을 다룹니다. 태양계와 근처 항성계 탐험 관련 천문학도 다룹니다.

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2017-09-08

[일반] 열핵 로켓에서 액체 수소 안전하게 보관

ellipse

2023.08.19 20:40:34

조회 106 추천 2 댓글 3

우주에서 액체 수소를 보관하는 건 상당히 어려운 일임.

LCROSS 충돌선의 경우 햇빛때문에 액체 수소가 증발해서 로켓 밖으로 새어나가서 궤도가 틀어지기도 했음.

기체가 된 수소를 냉각하려면 터보 확장 냉각기(turbo brayton cooler)라는 게 필요한데 이렇게 생김.

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원리는 대충 설명하자면 압축된 공기를 냉각시킨 후 다시 팽창시켜서 매우 낮은 옫도로 냉각시키는 거고 우주 망원경이나 ISS에 액체 헬륨 냉각을 위해 존재함.

https://indico.cern.ch/event/792215/contributions/3409446/attachments/1919449/3174642/Turbo_Brayton_for_Space_-_JTANCHON.pdf

크기도 큰 건 아니고 우주에서도 잘 사용되겠지만, 우주선의 무게를 줄이기 위해서는 수동 냉각 방식과 같이 사용해야 함.

열핵 로켓은 핵분열의 결과로 고속 중성자가 생성되는데 이 중성자가 수소와 충돌하면 수소로 운동 에너지가 전달됨.

매우 작은 크기에서 운동 에너지는 열 에너지이므로 간단히 말하자면 중성자가 수소를 가열한다는 소리임.

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수소의 깊이 별 중성자와 감마선이 부피 당 얼마나 가열할 수 있는지

감마선은 로켓의 금속 표면을 가열할 것임

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가열된 수소는 대류 현상을 일으키는데 대류 현상 때문에 맨 마지막에 배출되는 액체 수소는 뜨거울 것이고, 엔진에서 다양한 문제를 일으킬 수 있음.

되도록이면 수소를 골고루 가열하는 게 효율적일 것임.

그래서 위 그림처럼 연료 탱크 중간에 배플을 놓으면 대류 현상을 조절해서 수소를 골고루 섞거나 뜨거운 수소를 먼저 사용할 수도 있음.

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다른 방법은 연료 탱크와 물리적 거리를 만들어서 역제곱 법칙을 이용해서 거리의 제곱에 비례하게 중성자 선속을 줄이는 것임.

MLI 같은 유명한 방법들은 따로 적지는 않겠음.

https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20150016562/downloads/20150016562.pdf

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