에탄올 젤 추진제의 특성 연구

Abstract

새로운 우주 연구를 해 나가려면 더 안전하고 편리하며 비용 효율적인 여건의 구축 및 개발이 필요하다. 또한 기존 추진제의 높은 독성으로 인해 친환경적이면서도 낮은 독성을 가지는 추진제에 대한 관심이 높아지고 있다. 높은 에너지 밀도를 가지는 젤 추진제는 현재 가장 유력한 해결책으로 떠오르고 있다.젤 추진제는 기존의 액체추진제에 적절한 젤화제를 첨가해 화학적 특성을 변화시켜 복잡한 칙소성을 갖게 한 것이다. 젤 추진제를 사용하는 시스템은 액체 추진 시스템과 고체 추진 시스템 모두의 장점을 가진다. 액체 추진제의 높은 성능과 추력제어, 고체 추진제의 높은 저장성과 에너지 밀도가 그것이다. 이원 젤 추진 시스템은 연료와 산화제를 젤화한 상태에서 따로 저장한다는 것만 제외하면 액체 추진 시스템과 유사하다. 독성이 없는 연료와 적절한 젤화제를 선택한다면 독성이 낮은 친환경 젤 추진제를 합성할 수 있다.이번 연구에서는 친환경 젤 추진제를 합성하였다. 연료는 독성이 낮은 액체 추진제 중의 하나인 에탄올로 선정하였다. 젤화제는 메틸셀룰로오스이며 9, 10, 11 wt%를 사용했다. 전단 박화 현상을 포함한 선형 점탄성 영역, 저장 및 손실 탄성계수, 칙소성 등의 유변학적 성질들을 회전식 유동계로 측정했다. 유동곡선을 확인하고 멱급수 모델과 비교해보았다. 그 결과 1-1000 1/s의 전단속도 범위에서 항복점을 보이지 않았으며 전단 박화 현상을 확인하였다. 또한 합성한 젤 추진제는 탄성이 우세한 점탄성 유체였다. 칙소성 시험 결과 젤화제의 농도에 따라 재연소 과정에 이점을 가질 수 있는 거동을 보였다.에탄올 젤 추진제의 연소열에 대한 연구도 수행되었다. 세 에탄올 젤 모두 액체 에탄올 연소열의 92% 이상의 연소열을 보였으며, 연소 후 잔여물은 관찰되지 않았다.추후 수행되어야 할 연구로는 점화 지연의 관찰, 연소 및 분무 특성 확인 등이 있다. 더 높은 연소열을 확보하기 위해서는 금속 나노입자를 사용할 수 있을 것이다. 또한 실제 젤 추진 시스템으로 사용하기 위해서 온도와 압력에 따른 연소 특성과 젤 추진제의 증발열에 관한 연구도 수행되어야 할 것이다.