로켓방정식 (Tsiolkovsky Rocket Equation)
한 줄 정의: 로켓이 추진제를 분사하며 얻을 수 있는 속도 변화량이 배기속도와 초기 질량 대비 최종 질량의 비율의 자연로그에 비례한다는 관계식으로, 로켓 설계의 근본적인 이론적 토대입니다.
쉽게 풀면
로켓방정식은 로켓이 연료를 다 쓰고 나서 얼마나 빨라질 수 있는지를 계산하는 공식입니다. 이 공식에 따르면 로켓의 속도 증가량은 배기가스가 얼마나 빠르게 뿜어져 나가는지, 그리고 처음 무게에 비해 연료를 다 쓴 뒤 남은 무게가 얼마나 적은지에 따라 결정됩니다. 이 때문에 로켓은 목표 속도가 높을수록 전체 무게 중 연료가 차지하는 비중을 극단적으로 높여야 하는 근본적인 한계를 가지고 있습니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"로켓방정식에 따라 목표 속도 변화량 9.4킬로미터/초를 달성하기 위해 필요한 질량비를 산출한 결과 약 13으로 계산되었다."
우주 궤도에 오르는 데 필요한 속도를 얻으려면, 로켓의 처음 무게가 연료를 다 쓴 뒤 무게의 몇 배가 되어야 하는지를 공식으로 계산해낸 결과입니다.
주의할 점
로켓방정식은 중력이나 공기저항 같은 외부 힘을 고려하지 않은 이상적인 진공 중 관계식이므로, 실제 발사체의 속도 손실을 계산할 때는 중력손실과 항력손실을 별도로 더해야 합니다.