실험으로 함께하는  로 켓 놀 이

                                                         강성기 지음 / 도서출판 바른사

제1장   물 로켓

(3) 물로켓의 종류 및 제작 방법

 
 

 

리는 지금까지 1개의 페트병을 이용하여 로켓을 만들어 활용하는 1연식 로켓에 대해 많은 것을 연구하고 새로운 사실들도 알아냈습니다.

1연식 로켓에 셀로판 테이프로 2개, 3개의 페트병을 연결한 것은 로켓의 길이에만 변화를 주었지만 연료통(물과 공기를 압축하는 페트병의 수) 자체의 변화는 없었습니다.

단순히 1개의 페트병만으로 로켓을 만들어 물과 공기를 압축시켜 날아가게만 한다면 다음 단계로의 발전적인 모델은 나올 수가 없을 것입니다.

한 가지의 원리를 깨우쳤으면 이를 응용하여 새로운 방법으로 새로운 것에 도전하는 진취적인 탐구 정신을 마음껏 발휘하는 계기가 되어야 할 것입니다.

① 페트병을 2개 또는 3개를 연결하여 더 많은 양의 물과 더 많은 양의 공기를 압축할 수 있는 방법은 없을까? 또, 이러한 로켓은 1연식 로켓과 비행하는 모습이 어떻게 다를까?

② 여러 개의 로켓을 동시에 발사할 수 있는 발사 장치는 어떠한 방법으로 설계할 수 있을까?

③ 발사된 로켓이 공중에서 2단, 3단 분리할 수 있는 다단 로켓을 발사할 수 있는 방법은 없을까?

④ 물로켓에 화약 로켓을 장착하여 다단으로 발사할 수 있는 방법은 없을까?

⑤ 물로켓에 수소 로켓을 장착하여 다단으로 발사할 수 있는 방법은 없을까?

여러 가지 방법으로 의문점을 가지면서 다음과 같이 저자가 개발한 물로켓 및 발사 장치에 따른 로켓의 종류들을 살펴보면서 단계적인 발전을 이룰 수 있도록 연구해 보도록 합시다.

저자가 개발한 물로켓 및 발사 장치에 따른 로켓의 종류

[로켓의 모델에 의한 분류]

1. 1연식 로켓

2. 다연식 로켓

(1) 2연식 로켓 (2) 3연식 로켓 (3) 4연식 로켓

3. 분리로켓

(1) 3연식 2단분리 로켓 (2) 3연식 3단분리 로켓

4. 물· 불 로켓

(1) 3연식1기 로켓 (2) 3연식 2기 다발 로켓

5. 물· 수소 로켓

 

[발사 장치에 의한 분류]

1. 수동 발사 장치

(1) 단발 발사식

(2) 동시다발 로켓(4기, 6기 동시다발 로켓)

2. 자동 발사장치

(1) 1기씩 수동 발사식

(2) 1기씩 시간차 자동 발사식(1초∼24초 간격)

(3) 4기 동시다발 자동 발사식

 

(1). 다연식 물로켓(2연식, 3연식, 4연식 물로켓)

가. 다연식 물로켓이란?

1연식 물로켓은, 여러 개의 페트병을 셀로판 테이프로 연결하였다 하더라도 물과 공기가 압축되는 곳은 페트병 한 개일 뿐이다. 그러나 병 2개, 또는 병 3개를 공기가 새지 않게 연결하여 물과 공기를 압축시킨다면 더욱 더 많은 양을 압축할 수 있을 것이다.

다연식 로켓이란 1개의 페트병에 물과 공기를 압축시키는 1연식 물로켓과는 달리 여러 개의 페트병을 연결하여 더욱 많은 물과 공기를 압축하여 노즐에서 분사되는 시간을 늘려 추진력을 높이는 방식을 말한다.

그러나 2개 혹은 3개의 페트병을 100psi 정도의 압력을 견딜 수 있게 연결하는 방법이 간단하지가 않을 것이다. 위에서 설명한 바와 같이 셀로판 테이프로, 본드로 붙인다고 될 문제가 아니다. 어떻게 연결하여야 할까를 생각하면서 먼저 다연식 로켓의 특징을 알아보자.

가. 분사되는 물의 무게와 공기의 양을 증가시키기 위해 2개 이상의 페트병을 연결한 로켓을 말한다.

나. 물의 분출 속도를 빠르게 하기 위해서 21mm인 페트병의 직경 자체를 노즐로 사용하며 윗단의 페트병에는 직경 5mm의 연결관을 사용하여 압축된 공기의 분사 시간을 늘림(경우에 따라서는 10mm의 연결관을 사용하기도 한다).

다. 다연식 로켓은 분사되는 물의 양을 증가시키면서도 공기의 압축 에너지를 더욱 높인 로켓이다.

① 2연식 로켓

페트병을 2개 연결한 것이며, 하단부에는 페트병 자체의 직경인 21mm 노즐을 그대로 사용하며, 상단부에는 5mm 연결관을 이용하여 연결함.

 

② 3연식 로켓

 

페트병을 3개 연결한 것이며, 하단부는 페트병 자체의 직경인 21mm 노즐을 그대로 사용하며, 2연식 연결 부위와 3연식 연결 부위의 상단부에는 5mm 연결관을 이용하여 연결함.

㉠ 하단부의 21mm 노즐에서 한꺼번에 많은 양의 물을 분출하여 발사시켜 추진력을 높인다.

㉡ 상단부의 압축된 많은 공기가 5mm 관을 통하여 천천히 분출되어 아주 느린 속력으로 발사되어 먼 거리를 비행하여 낙하산으로 회수되기 때문에 대형 로켓의 진수를 보여준다.

 

③ 4연식 로켓

㉠ 페트병을 4개 연결한 것이며, 마찬가지로 하단부에는 페트병 자체의 직경인 21mm 노즐을 그대로 사용하며 2연식, 3연식, 4연식의 연결 부위에는 5mm 연결관을 이용하여 연결함.

㉡ 3연식 로켓보다 더 많은 양의 물과 압축 공기를 오랫동안 분사한다.

㉢ 5연식 이상의 로켓 제작도 가능하다. 다음에 제시하는 방법에 의해 실제 연구해 보자.

나. 다연식 물로켓 제작 방법

앞에서도 설명한 것과 같이 자동차 타이어 공기압의 3배 이상인 100psi의 압력을 견딜 수 있게 병과 병을 연결해야 하는 것이 가장 큰 문제일 것이다. 공구 상가에서 제작하는 특수한 부품들은 제외하고 기존의 부품들을 활용해 보도록 하자. 어떤 부품이 필요할까?

먼저 볼트와 너트의 형식으로 되어 있어 병과 병을 단단히 연결해 줄 수 있어야 하며 볼트에 구멍이 뚫려 있어야 공기 연결관으로서의 역할을 할 수 있다. 그래서 이 연결관으로 페트병의 밑부분과 병뚜껑을 연결할 수 있는 것이다.

이러한 조건들을 갖추고 있는 자전거 튜브의 공기 주입구를 활용하면 모든 문제들이 쉽게 해결될 수 있을 것이다. 자, 그러면 어떠한 방법으로 연결할 것인지를 생각해 보기로 하자.

필요한 것은?

페트병 여러 개, 송곳, 펜치, 펀치, 니퍼, 드라이버, 칼, 가위, 넓은 테이프, 자전거 튜브의 공기 주입구, 병 뚜껑, 와셔, 기타 등등

어떻게 할까요?

       

① 자전거 튜프의 공기 주입구에 붙은 튜브를 잘라내고, 공기 주입구의 너트를 돌려서 입구를 분해하여 '무시고무'를 빼낸 후 펜치로 집어 불에 달군다(자전거 바퀴 공기 주입구의 내경이 5mm이며 관의 너트와 볼트가 있으므로 두 페트병의 연결관으로 적당하다).

② 불에 달군 자전거 튜브의 공기 주입구(이하 연결관이라 함)를 페트병의 밑부분 중심에 맞추어 구멍을 뚫는다(불에 달구어 구멍을 뚫으면 열에 의해 페트병 찌꺼기가 생기는데 가위나 사포를 사용하여 구멍 주위를 깨끗이 손질하여야만 공기의 누수를 막을 수 있다).

③ 페트병 뚜껑의 한가운데에도 ②와 같은 방법으로 구멍을 뚫는다.

④ 자전거 튜브를 지름 1.5cm의 원으로 여러 개를 잘라 펀치로 구멍을 내어 연결관의 나사에 2개를 끼워넣는다(페트병과 연결관의 사이를 나사로 조였을 때 공기가 새지 않게 하는 고무 와셔의 역활을 하는 것이다).

⑤ 고무 와셔를 끼운 연결관을 병의 주둥이에서 끼워 넣어서 병 밑 부분에 뚫은 구멍으로 나오게 하여 고정시킨다(병 밑부분의 바깥에서 송곳을 끼워넣어, 송곳을 병 안쪽의 연결관에 꽂은 다음 20mm정도의 구리관이나 P.V.C 관을 병 주둥이 안쪽으로 연결관을 밀면 쉽게 관통시킬 수 있다.)

⑥ 뚫은 병으로 나온 연결관에 ④에서 만든 고무 와셔 2개, ③에서 만든 구멍 뚫린 병뚜껑, 그 위에 또 한 개의 고무 와셔와 쇠로 만들어진 와셔를 순서대로 끼운다.

⑦ 순서대로 끼운 ⑥번에, 연결관의 너트를 끼워 라디오 펜치로 공기가 새지 않게 단단히 돌려서 조인다. 이때 라디오 펜치보다는 21mm 육각 렌치를 이용하면 더욱 쉽게 조일 수가 있다(이때 페트병 주둥이 안으로 20mm 정도의 구리관이나 P.V.C 관을 넣어 연결관을 밀면서 고정시키면 조이기가 훨씬 쉬울 것이다. 단단히 조여지지 않으면 100psi의 압력을 견디지 못하고 공기가 새게 되는 원인이 된다).

⑧ 페트병을 병뚜껑에 돌려 꽉 끼우면 2연식이 완성된다. 완성된 2연식을 발사대에 꽂아놓고 공기를 주입(100psi)하여 페트병과 페트병을 연결한 부분에 스프레이통에 물을 넣어 뿌려서 공기가 새는지를 확인하여야 한다.

⑨ 공기가 새지 않음을 확인하였으면 윗부분의(병뚜껑)에 끼워진 페트병을 빼내고, 페트병의 위와 아랫부분을 자른 원통형을 끼운다.

⑩ 다시 ⑨번에서 빼낸 페트병을 꽉 돌려 끼우고 셀로판 테이프를 감아 단단히 고정시켜 2연식을 완성한다.

⑪ ①∼⑪까지의 과정을 한번 더 거쳐 3연식 또는 4연식을 완성한다.


(2). 2단 분리, 3단 분리 물로켓(3연식 2단 분리와 3연식 3단 분리 물로켓)

실제로 로켓을 아주 멀리 쏘아올리기 위해서는 오랫동안 추진 에너지를 낼 수 있어야 하고 추진력도 굉장히 강해야 합니다. 그러자면 그에 해당하는 추진력을 낼 수 있는 에너지를 로켓 자체에 싣고 올라가야 하기 때문에 무게가 굉장히 많이 나갈 수밖에 없습니다. 로켓이 발사되어 일정한 궤도에 오르게 되면 어느 정도 가속력도 붙게 되고 따라서 처음 발사될 때 사용되었던 부분들은 제거(분리)를 해야만 가벼운 상태로 비행을 할 수가 있는 것입니다.

이제는 단순하게 로켓이 발사되어 낙하산만 펼치며 낙하하는 것이 아니라 실제의 로켓처럼 더욱 추진력을 높일 수 있는 분리 로켓을 연구하여 봅시다.

분리 로켓이란 다연식 로켓에 2단 혹은 3단 로켓을 탑재하여 발사, 하늘에서 2단 혹은 3단으로 분리되는 로켓을 말합니다.

한 번 발사된 로켓이 공중에서 분리되어 다시 한 번 더 발사되는 과정을 2단 분리라 하며, 분리되어 재발사된 로켓이 또 한번 더 분리, 발사되어 낙하산을 타고 회수되는 로켓을 3단 분리 로켓이라고 하는데, 먼저 이 로켓들의 발사 과정 및 원리를 알아봅시다.

 

가. 2단 분리 로켓(3연식 2단)의 발사 과정 및 원리

페트병 3개를 연결한 3연식 로켓(1단)에 실리콘 호스의 팽창과 수축을 이용한 발사 장치를 설치하여 한 개의 로켓(페트병)을 더 정착한 것을 3연식 2단 분리 로켓이라 한다.

a. 2단 로켓의 장착 및 발사 과정

① 실리콘 호스의 팽창 수축을 이용한 발사 장치를 1단계 로켓의 상단부에 설치하여 2단계째의 로켓을 장착한다.

② 로켓이 발사되어 지상 80m 상공에서 1단계 로켓이 자동 이탈되면서 2단 로켓이 재발사되어 낙하산으로 회수된다.

b. 2단 로켓의 분리 원리 및 과정

         

① 공기 주입기에서 보내진 압축 공기는 1단계 로켓(3연식 로켓)을 통해 윗부분에 연결된 실리콘 호스 안으로 들어가 실리콘 호스를 팽창시킨다(실리콘 호스가 늘어나면서 호스 내부와 호스 바깥의 공기압차 30psi) 이때 실리콘 호스의 내부 압력이 증가하여 실리콘 호스를 팽창시키면서 압력이 30psi를 넘을 때 호스의 끝부분을 통해 공기가 나오게 된다.

② 1단계 로켓에 30psi의 공기압이 차면서 실리콘 호스가 늘어나 2단의 로켓(3연식 로켓 위의 페트병)을 고정시키는 역할을 하면서 상부의 밸브를 통해 2단 로켓에 공기를 압축하여 저장된다(이때 실리콘 호스가 팽창해 있기 때문에 2단계는 1단계에 단단히 고정된 상태이며 1단과 2단 로켓의 공기압차는 30psi이다).

③ 계속하여 공기를 100psi의 압력까지 주입하여 발사 준비를 완료한다(1단 로켓(3연식)의 공기압은 100psi이며, 2단(3연식 위에 꽂힌 1개의 페트병) 로켓의 공기압은 70psi가 된다.

④ 로켓이 발사되어 로켓 내부의 압축된 물과 공기가 분사되어 추진력을 얻으면서 1단계 로켓의 상부에 팽창되어 있던 실리콘 호스가 수축되고 1차적으로 2단계의 로켓이 분리될 준비를 갖추게 된다.

⑤ 1단계 로켓의 분사가 끝나고 상부의 실리콘 호스가 수축되면 70psi의 공기압이 저장된 2단계 로켓이 자동 이탈되면서 발사된다.

⑥ 낙하산 장착 1단 로켓과 2단 로켓이 분리되는 부분에 낙하산을 넣어 놓으면 2단 로켓이 발사되면서 낙하산을 자동으로 끄집어내어 3연식 로켓(1단 로켓)은 낙하산을 타고 회수된다.

나. 3단 분리 로켓(3연식 3단)의 발사 과정 및 원리

페트병 3개를 연결한 3연식 1단 로켓에 실리콘 호스의 팽창과 수축을 이용한 압력 조절 장치를 설치하고, 또 한 개의 2단 로켓에 실리콘 호스의 팽창과 수축을 이용한 압력 조절 장치를 장착하였고, 여기에 또 한 개의 3단로켓을 장착한 것을 3연식 3단 분리 로켓이라 한다.

a. 3단 로켓의 장착 및 발사 과정

    

① 실리콘 호스의 팽창, 수축을 이용한 발사 장치를 1단계 로켓의 상단부에 설치하여 2단계째의 로켓을 장착한다.

② 실리콘 호스의 팽창, 수축을 이용한 또 한 개의 발사 장치를 2단계 로켓의 상단부에 설치하여 3단계째의 로켓을 장착한다.

③ 로켓이 발사되어 지상 60m 상공에서 2단계의 로켓이 자동 이탈되어 낙하산으로 회수되고 80m 상공에서 3단계의 로켓이 자동 이탈 발사되어 수직 상승하여 150m 상공에서 낙하산으로 회수된다.

④ 낙하산 장착

1단 로켓과 2단 로켓이 분리되는 부분에 낙하산을 넣어, 2단 로켓이 발사되면서 낙하산을 자동으로 끄집어내며 마찬가지로 2단 로켓과 3단 로켓이 분리되는 부분에 낙하산을 넣어 3단 로켓이 발사되면서 자동으로 낙하산을 펼치게 한다.

b. 3단 로켓의 분리 원리 및 과정

3연식 3단 로켓이 발사되어 분리되는 원리는 2단 로켓이 발사되어 분리되는 과정과 같으며 이의 과정은 다음과 같이 진행된다.

① 공기 주입기에서 보내진 압축 공기는 1단계 로켓을 통해 윗부분에 연결된 실리콘 호스 안으로 들어가 실리콘 호스를 팽창시킨다(이때 실리콘 호스의 내부 압력이 증가하여 실리콘 호스를 팽창시키면서 압력이 30psi가 되었을 때에 호스의 끝부분을 통해 공기가 나오게 된다).

② 1단계 로켓에 30psi의 공기압이 차면서 실리콘 호스가 늘어나 2단의 로켓을 고정시키는 역할을 하면서 상부의 밸브를 통해 2단계로 압축된 공기가 저장된다(이때 실리콘 호스가 팽창해 있기 때문에 2단계는 1단계에 단단히 고정된 상태이며 1단과 2단 로켓의 공기압차는 30psi이다).

③ 2단 로켓에 주입된 공기는 계속하여 3단의 로켓으로 유입되면서 2단에서와 마찬가지로 3단의 로켓을 고정시키는 역할을 하면서 마지막 단계까지 공기압을 저장시킨다.

④ 계속하여 공기를 100psi의 압력까지 주입하여 발사 준비를 완료한다(1단 로켓의 공기압은 100psi이며, 2단 로켓의 공기압은 70psi, 3단 로켓의 공기압은 40psi가 된다).

⑤ 로켓이 발사되어 로켓 내부의 압축된 물과 공기가 분사되어 추진력을 얻으면서 1단계 로켓의 상부에 팽창되어 있던 실리콘 호스가 수축되고 1차적으로 2단계의 로켓이 분리될 준비를 갖추게 된다.

⑥ 1단계 로켓의 분사가 끝나고 상부의 실리콘 호스가 수축되면 70psi의 공기압이 저장된 2단계 로켓이 자동 이탈하여 발사되면서 3단계의 로켓이 분리될 준비를 갖추게 된다.

⑦ 2단계 로켓의 분사가 끝나고 상부의 실리콘 호스가 수축되면 40psi의 공기압이 저장된 3단계 로켓이 자동 이탈하여 발사되면서 낙하산으로 회수된다(3단 로켓 역시 위와 같은 원리로 발사되지만 2단에서 간단히 1단을 더한 3단이 아니라 오랜 경험과 반복된 데이터에 의해 여러 가지 변수를 파악하여 상황에 대처할 수 있어야 성공이 가능하다).

 

다. 2단 분리 로켓(3연식 2단)의 제작 방법

2단 분리 로켓은 3연식 다연식 로켓을 완전히 이해한 상태에서 제작에 들어가야만이 쉽게 해결될 수 있을 것이다. 1연식 로켓에 분리 로켓을 장착하면 너무나 빠른 시간에 분리가 되어 버리기 때문에 많은 거리를 비행할 수가 없기 때문이다. 다음의 제작 과정을 자세히 살피면서 멋있는 2단 로켓을 발사하여 보자.

필요한 것은?

페트병 15개, 송곳, 펜치, 펀치, 니퍼, 드라이버, 칼, 가위, 넓은 셀로판 테이프, 자전거 튜브의 공기 주입부, 실리콘 호스 50cm, 글루건, 큰 비닐 봉지, 조임쇠 2개, 실, 와셔 등등

a. 3연식 로켓의 1단계 분리 부분

① 3연식에 분리 부분 연결하기(실리콘 호스 연결 장치)

3연식 물로켓의 제작 과정을 참고로 해 3연식 로켓을 완성하되 3연식 연결 윗부분에는 병 뚜껑을 끼우지 않고 둥근 고무 워셔와 쇠와셔만을 넣어 나사로 단단히 조인다(한개의 병을 더 연결하기 위함이 아니라 실리콘 호스를 연결하기 위한 작업임).

② 3연식 로켓의 연결관에 실리콘 호스를 끼워 공기가 새지 않게 단단히 매어 주어야 한다. 그런데 이 연결관보다 실리콘 호스의 안 직경이 훨신 크기 때문에 연결관의 굵기를 크게 해주어야 실리콘 호스가 꽉 끼게 고정될 수 있다.

㉠ 병 위로 튀어나온 연결관과 같은 크기로 실리콘 호스를 잘라 실리콘 호스 안쪽 벽에 세제(굳은 글루건이 실리콘 호스에 붙는 것을 방지하기 위함)를 묻혀 연결관에 둘러 씌운다.

㉡ 글루건을 실리콘 호스 속으로 짜넣어 굳힌 뒤 실리콘 호스를 빼낸다(실리콘 호스와 연결관과의 구경이 맞지 않기 때문에 연결관의 직경을 실리콘 호스의 직경과 같은 크기로 맞추기 위함이며 이때 글루건이 연결관의 구멍을 막지 않도록 종이를 넣어 연결관의 구멍을 막고 작업하는 것이 좋다).

③ 연결관에 미끄럼 방지 장치하기

실리콘 호스를 빼내면 연결관의 직경이 실리콘 호스의 굵기와 같아지는데, 실리콘 호스를 끼워 연결하였을 때 미끄럼을 방지하기 위해 글루건이 식어 굳어진 연결관에 무명실을 여러 번 감는다.

b. 2단 분리를 위한 압력 조절 장치-압력차를 이용한 분리 부분 제작

자전거 튜브의 공기 주입구는 튜브 속으로 공기를 넣을 수는 있지만 튜브 속의 공기가 밖으로 빠져 나오지 못하게 하는 작용을 한다.

또, 외부에서 튜브 속으로 공기를 주입하려고 할 때 30∼40psi의 압력이 되어야만 공기 주입이 가능하다.

이런 자전거 공기 주입구의 작동에 의해 30psi 정도의 압력차를 만들 수 있다. 이 원리에 의해 1단계 로켓과 2단계 로켓의 압력의 차이로 발사된 로켓이 분리되게 할 수 있는 것이다.

앞서 제작한 페트병의 연결관으로 사용된 자전거 튜브의 공기 주입구는 주입구 내부의 핀을 빼내어 연결관으로 이용하였지만 이번에는 핀을 빼내지 않은 상태로 작업을 하게 되는 것이다.

먼저 압력 조절 장치(공기 주입구)를 실리콘의 직경과 같은 크기로 만들어 주는 작업이 필요하다.

일단은 압력 조절 장치에 실리콘을 꽂아 단단히 연결해야 하는데, 실리콘 호스의 내경(안쪽 직경의 크기)과 압력 조절 장치의 굵기가 맞지 않기 때문에, 압력 조절 장치의 굵기를 더 굵게 하기 위함이다.

① 자전거 튜브 공기 주입구(이하 압력 조절 장치라고 부른다)와 함께 연결된 고무 튜브를 완전히 잘라낸다.

② 실리콘 호스를 자전거 튜브 압력 조절 장치의 길이와 같게 잘라서 호스 안쪽 면에 세제를 묻힌다(마찬가지로 글루건으로 뜬 본이 잘 빠지게 하기 위함).

③ 압력 조절 장치를 실리콘 호스의 종단면 안에 넣어 세우고 글루건을 짜 넣어 굳힌다.

④ 식어서 굳어지면 돌려서 빼낸다.

③ 연결관에 미끄럼 방지 장치한다. 실리콘 호스를 빼내면 압력 조절 장치의 굵기가 실리콘 호스의 내경과 같아지는데, 실리콘 호스를 끼워 연결하였을 때 미끄럼을 방지하기 위해 글루건이 식어 굳어진 연결관에 무명실을 여러 번 감는다.

c. 압력 조절 장치 장착

① 실리콘 호스를 15cm 정도로 잘라내고 압력 조절 장치를 넣어 철사로 단단히 묶고 조인다(이때 압력 조절 장치의 공기 주입구(자전거 공기 주입구)가 실리콘 호스의 안쪽으로 향하게 한다. 또 이때 사용하는 철사는 철근 콘크리트 작업시 철근과 철근을 감는 가는 철사(반생 철사)를 사용하여야 강하게 고정된다).

② ①에서 완성된 압력 조절 장치를 연결한 실리콘을 3연식 로켓의 윗 부분에 꽂고 철사로 한번 묶고, 또 한번 조임쇠(철제 밴드)로 단단히 조여 고정시킨다.

d. 완성

완성된 1단의 분리 부분에 2단의 로켓(페트병)을 꽂는다(2단 분리 부분 장착 완료).

라. 3단 분리 로켓(3연식 3단)의 제작 방법

3단 로켓은 2단 로켓에다 1단을 더 장착한 로켓을 말한다. 실제 제작하기 위한 이론적인 원리는 이와 같지만 단순하게 생각해서는 곤란하다. 발사시 많은 실패를 할 수가 있다.

2단 로켓의 제작 방법을 참고하여 똑같은 방법으로 1단을 더 완성해야 하며 일단 제작 방법은 다음과 같다.

완성된 2단 분리 로켓을 준비하여 2단 로켓의 윗부분에 다음과 같은 2단 로켓의 제작 과정을 되풀이하여 완성한다.

앞에서 설명한 (1)3연식 로켓의 1단계 분리 부분, (2)2단 분리를 위한 압력 조절 장치 제작 (3)압력 조절 장치 장착 (4)완성의 제작 과정을 참고로 한다.

(3). 동시 다발 물로켓

여러 개의 로켓을 한꺼번에 발사할 수 있도록 발사 장치가 제작되었습니다(123쪽 사진 자료를 참조하세요).

(4). 물·불 로켓

다음에 소개하는 물·불 로켓은 상당히 고난도의 기술을 요하는 것이며 위험 요소가 많기 때문에 원리 및 방법적인 면을 연구만 하여야 합니다. 확실한 사전 지식이나 선생님의 지도 없이는 제작하거나 발사하지 않기를 바라며 이의 방법만을 간단하게 소개하고자 합니다.

★ 물(물과 공기)의 추진력과 불(화약)의 추진력을 이용한 물·불 로켓

물로켓은 추진력이 강하기 때문에 웬만한 무게를 실어도 비행할 수 있다. 그러나 화약 로켓은 작은 무게 변화에도 비행 거리에 많은 영향을 받는다. 우선 물로켓과 화약 로켓의 크기만을 생각하여도 많은 차이가 있다.

순간적인 추진력이 강한 물로켓과 작지만 오랫동안 추진력을 가진 화약 로켓을 합친다면 더욱 더 먼 거리를 비행할 수 있지 않을까? 그래서 물로켓을 주엔진으로 사용하고 화약 로켓을 보조 엔진 역할을 하게 한다.

비행기, 자동차 등의 움직이는 물체들은 처음 움직일 때 많은 에너지를 소모하듯이 화약 로켓 역시 발사되는 순간에 많은 에너지를 소모한다. 그러나 발사된 물로켓 위에 장착한 화약 로켓이 공중에서 또다시 자동 발사할 수 있다면 관성을 얻은 화약 로켓은 엄청난 거리를 비행할 수 있지 않을까?

실제 발사된 물·불 로켓의 화약 로켓이 땅 위에 떨어지는 모습을 볼 수 없을 만큼 아주 먼 거리를 비행한다.

가. 물·불 로켓의 발사 과정

물·불 로켓은 물로켓과 화약 로켓의 발사 시간차를 이용한 것으로서 발사 진행 과정은 다음과 같다.

지상에서 화약 로켓의 스위치를 눌러 발사할 때 점화되어 발사되는 시간은 1초∼1.5초의 시간이 걸린다. 그러나 물로켓이 발사되어 비행하는 물로켓의 상단부에서 발사되는 화약 로켓은 약 2초∼2.5초 정도의 시간이 소요된다. 즉 물로켓이 발사되고 난 2∼2.5초 후에 공중에서 화약 로켓이 발사되는 것이다.

결국 물로켓과 화약 로켓의 발사 시간차를 이용한 것이며, 물론 전지의 세기에 따라 약간씩 시간 차이를 조절하는 것이 가능하다(물·불 로켓은 화약 로켓의 안정된 발사를 위하여 가장 안정되게 비행하는 3연식 로켓 위에 장착하는 것이 가장 좋은 방법이다).

3연식 물로켓에 화약 로켓이 장착, 발사되어 지상 80m 상공에서 화약 로켓이 또다시 발사되어 약 800∼1000m 상공에서 낙하산으로 회수된다.

 

나. 동시다발 물·불 로켓

물·불 로켓의 발사 진행 과정과 같으나 공중에서 화약 로켓이 점화되는 시간과 같이 지상에서 설치된 2기의 화약 로켓이 자동 발사된다.