고체추진제그레인 (Solid Propellant Grain)
쉽게 풀면
고체추진제그레인은 초처럼 미리 굳혀진 형태로 케이스 안에 채워진 연료 덩어리라고 생각할 수 있습니다. 초에 불을 붙이면 심지 주변부터 타들어가듯, 그레인도 정해진 표면부터 연소가 시작되어 점차 타들어갑니다. 다만 초와 다르게 그레인 내부에 여러 모양의 구멍(관통구)을 미리 뚫어놓아, 연소가 진행되는 표면적을 원하는 대로 조절할 수 있습니다. 이 표면적 변화가 곧 추력이 시간에 따라 어떻게 변하는지를 결정합니다.
왜 중요한가
그레인의 형상은 고체로켓의 추력-시간 곡선을 결정짓는 가장 중요한 설계 요소이기 때문에, 원하는 추력 프로파일을 얻기 위한 그레인 형상 설계가 고체추진 연구의 핵심 주제로 다뤄집니다. 또한 그레인의 구조적 건전성은 발사 시 진동과 가속 하중을 견뎌야 하므로 안전성 측면에서도 중요합니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
그레인 내부 구멍 모양에 따라 연소 표면적이 어떻게 변하는지 계산해 추력 변화를 예측했다는 뜻입니다.
온도 변화를 겪은 그레인에 생긴 작은 균열을 비파괴 방식으로 검사했다는 의미입니다.
조금 더 깊게 보면
그레인 내부의 관통구 형상에는 원통형, 별형, 다중구멍형 등 다양한 종류가 있으며, 각 형상은 연소가 진행됨에 따라 표면적이 증가·유지·감소하는 서로 다른 추력 특성을 만듭니다. 연소는 그레인 표면에서 일정한 속도로 안쪽으로 진행되는 것이 일반적이며, 이 연소속도는 추진제의 조성과 연소실압력에 영향을 받습니다.
주의할 점
고체추진제그레인은 한번 점화되면 액체엔진과 달리 추력 조절이나 정지가 어렵기 때문에, 원하는 추력 프로파일을 얻으려면 애초에 그레인 형상 설계 단계에서 충분히 고려해야 한다는 한계가 있습니다.