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로켓 과학 1
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로켓 과학 1

  • 정규수
  • |
  • 지성사
  • |
  • 2015-04-10 출간
  • |
  • 392페이지
  • |
  • 152 X 225 X 30 mm /576g
  • |
  • ISBN 9788978893015
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북스크린영상으로 만나보는 한 권의 책 이야기

출판사서평

달나라 공주들만 가능했던 달 여행,
쥘 베른 키즈들의 노력으로 꿈을 이루다!
프랑스의 소설가 쥘 베른Jules Verne은『지구에서 달까지From the Earth to the Moon』라는 과학 공상소설을 발표하여 상상력이 풍부한 어린이들로 하여금 로켓에 대한 꿈을 심어주었다. 쥘 베른의 소설을 계기로 로켓 연구와 우주여행을 평생 목표로 택한 어린이들 가운데 구소련의 콘스탄틴 치올코프스키Konstantin Tsiolkovsky, 미국의 로버트 고다드Rober tH. Goddard와 루마니아의 헤르만 오베르트Hermann Oberth 등이 있었다. 이들 ‘제1세대 쥘 베른 키즈’는 로켓을 과학적 연구 대상으로 접근했으며, 이들의 연구 결과와 쥘 베른의 우주여행에 매료된 ‘차세대 쥘 베른 키즈’인 독일의 베르너 폰 브라운Wernher von Braun, 구소련의 세르게이 코로레프Sergei Korolev, 발렌틴 글루시코Valentin Glushko 등이 뒤를 이었다. 이들은 불꽃놀이 수단에 지나지 않던 로켓을 과학기술의 총집합체인 현대식 로켓으로 발전시켜 그때까지는 달나라 공주들만 가능했던 달 여행을 날개옷 없는 인간도 할 수 있다는 것을 보여주었다.
이후 냉전시대의 미국과 소련은 탄도탄 개발과 우주계획을 최우선순위의 국가투자 사업으로 추진했고, 이에 따라 로켓과학 기술은 상식을 넘어선 속도로 빠르게 발전했다. 그 결과 냉전이 끝난 지금도 인류는 여전히 핵전쟁의 공포 속에 살아야 하지만, 또 한편으로는 통신위성, 기상위성, 방송위성, 항해위성, 정찰위성 등의 자원과 기술이 급속히 민수분야로 이전되면서 우주과학이 눈부시게 발전했으며, 인류의 생활은 날로 편해지고, ‘인공위성’은 우리 생활의 일부로 녹아들었다.
전 세계 뉴스를 실시간으로 볼 수 있는 것도, 자동차 안에서 교통 지도를 보는 것도, 인터넷이 전 지구를 하나의 공동체로 연결하는 것 모두 다 로켓이라는 위성발사 수단이 개발되었기 때문이다. 로켓은 이 모든 것을 한순간에 파괴할 능력이 있지만, 동시에 무한한 편리함을 제공하고, 자연재해로부터 우리 인류를 보호하는 능력도 가지고 있다.

탄도탄과 우주발사체라는 이중성을 지닌 로켓,
그 양면성을 깊이 이해하고 통제하는 것이 무엇보다 중요

양자역학에 입자-파동의 이중성이란 것이 존재한다. 비록 입자나 파동이 이중성을 가지고 있지만, 파동을 검출하도록 실험 장치를 준비하면 파동만 검출되고, 입자를 검출하도록 준비하면 입자만 검출된다. 로켓도 탄도탄과 우주발사체라는 이중성을 가지며, 인류의 미래는 탄도탄과 우주발사체 중 어느 것이 지배적이냐에 따라 결정될 것이다. 무엇이 지배적일지는 우리의 선택에 달렸으며 올바른 선택은 로켓의 양면성을 얼마나 깊이 이해하고 통제할 수 있는가에 달려 있다.
2013년 성공적인 나로호 발사 이후 우리나라도 자체적인 로켓 개발, 달 탐사계획 등을 세우며 우주강국의 꿈을 키워나가고 있으며 중국, 일본, 인도를 비롯하여 많은 국가들이 우주발사체 개발에 뛰어들고 있다. 대부분의 우주개발 국가들은 은밀하게 또는 공개적으로 ICBM 능력을 동시에 키우고 있으며, 특히 한반도를 둘러싸고 일어나는 최근의 상황은 우리를 몹시 불안하게 만들고 있다. 우리나라를 위협하는 탄도탄에 가장 효과적으로 대처하고 우주개발 목표를 달성하기 위해서는 로켓, 우주발사체, 우주개발, 탄도탄 및 탄도탄 방어기술에 대한 과학기술은 물론, 군사외교적인 측면까지 면밀히 분석하고 연구하는 한편, 분야별로 장기적으로 지속가능하고 상호보완적인 계획을 수립하고 추진할 수 있는 인력 배양이 무엇보다 시급하다.
이러한 시대의 요구에 발맞춰 국방과학연구소(Agency for Defence Development: ADD)에 들어가 30여 년을 근무하며 한국의 국방과학기술 선진화에 힘썼고, 이후 한국항공우주연구원(Korea Aerospace Research Institute)에서 로켓과 우주발사체를 연구한 정규수 박사가 젊은 과학기술자들이 앞서 언급한 모든 분야를 가로지르는 기본적인 과학기술을 모두 접해보는 것이 중요하다고 판단하여 로켓 과학에 관한 시리즈를 집필하게 되었다.
이번에 발표한 로켓 과학 I은 로켓 추진체와 관성유도에 관한 물리학을 다루고 있고, 앞으로 계속 집필할 로켓 과학 Ⅱ는 우주발사체와 궤도 역학에 관한 내용이며, 로켓 과학 Ⅲ은 탄도탄의 사거리 계산, 표적 지정, 재돌입을 비롯해 탄도탄 방어 시스템에 대한 물리학을 다룰 예정이다.

로켓 연구를 시작하는 연구원이나 로켓 공학을 공부하는 이공계 학생에게
꼭 필요한 로켓에 관한 기본적인 과학기술을 담아내다
저자는 이 책을 집필하게 된 동기를 다음과 같이 말한다.
“로켓과 우주개발에 관심이 있는 엔지니어들을 대상으로 로켓 과학과 로켓의 두 가지 중요한 응용분야인 우주발사체와 탄도탄의 과학기술을 소개하고자 한다. 다시 말해, 로켓 연구를 시작하는 연구원이나 로켓 공학을 공부하는 이공계 학생에게 로켓이 작동하는 이면에 어떠한 과학기술이 작용하는지 소개하고, 로켓을 유도하는 데 필요한 지식과 우주발사체와 동력 비행궤도 및 중요한 미션궤도에 대해 더 깊은 공부를 하는 데 필요한 예비지식을 키워주며, 탄도탄의 기본원리와 방어기술에 대한 기본적인 과학기술을 소개하기 위함이다.”
로켓과 관성유도에 관한 제1권의 구성은 다음과 같다. 제1부에서는 로켓엔진의 구조와 불안정 연소, 노즐의 물리학, 고도에 둔감한 노즐, 추력과 비추력을 설명하고, 제2부에서는 액체로켓에 관한 내용으로 액체추진제의 종류와 특성, 액체엔진 사이클, 추진체 및 냉각 시스템에 대한 설명을 담고 있다. 제3부는 고체로켓의 역사와 모터 구조 및 고체추진제 종류와 특성을 다룬다. 제4부에서는 다단로켓의 필요성과 다단로켓의 구성에 대해 설명하고, 다단로켓을 연소종료속도 또는 페이로드에 대해 최적화하는 방법을 소개한다. 제5부는 우주발사체와 탄도탄 유도에 사용되는 관성유도의 기본 원리를 소개하고, 관성유도 계산에서 기준으로 삼는 기준좌표계를 도입하여 위치에 따른 지구 중력가속도 값을 구하는 방법을 설명한다.
저자는 로켓엔진과 관성유도의 과학기술 및 우주발사체와 탄도탄 전반에 걸친 과학기술을 개략적이지만 폭넓게 소개함으로써 독자들로 하여금 로켓 과학 전반에 걸친 이해를 돕고자 했다. 이 책은 이공계 대학생과 대학원생 및 우주항공분야 연구를 막 시작하는 연구원들을 대상으로 썼지만, 로켓 및 우주개발에 관심이 많은 일반인들도 각 권의 전반부는 무난히 읽을 수 있으리라 생각한다.

목차

들어가는 글

1부 로켓엔진
제1장 로켓의 등장과 변천
1. 로켓엔진의 변천사/ 2. 초강력 로켓엔진
제2장 로켓의 구조
1. 로켓엔진의 구조/ 2. 추진실
제3장 불안정 연소
1. 포고/ 2. 스크리칭: 고주파 불안정 연소/ 3. 불안정 연소의 통제
제4장 노즐의 물리학
1. 드 라발 노즐/ 2. 노즐의 핵심은 팽창부/ 3. 노즐 모양
제5장 고도에 둔감한 노즐
1. 고도에 최적화된 노즐의 길이/ 2. 접이식 노즐/ 3. 선형 에어로스파이크 노즐/ 4. 환상 에어로스파이크 엔진
제6장 추력
1. 추력/ 2. 비추력 Isp
제7장 에너지 효율과 질량 효율

2부 액체로켓엔진
제1장 액체로켓
1. 액체추진제의 특징/ 2. 액체연료/액체산화제
제2장 액체로켓의 엔진 사이클
1. 액체로켓엔진 분류 시스템/ 2. 고압-급유 사이클/ 3. 가스-제너레이터 사이클/
4. 다단연소 사이클 및 확장 다단연소 사이클/ 5. 팽창 사이클
제3장 액체로켓의 추진실
1. TC의 내부구조/ 2. 분무기 플레이트
제4장 냉각 시스템

3부 고체로켓엔진
제1장 로켓의 역사는 고체로켓으로 시작되었다
1. 고체로켓의 역사/ 2. 더블베이스 추진제와 복합추진제
제2장 고체로켓의 모터 구조
1. 액체로켓과 고체로켓의 차이점/ 2. 고체추진제 모터의 연소종료 방법/ 3. 고체로켓 TC의 구조
제3장 고체추진제 그레인
1. 고체추진제가 갖춰야 할 특성/2. 고체추진제의 현재/ 3. 모터 케이스/ 4. 고체추진제 연소속도

4부 다단로켓
제1장 연소종료속도와 다단로켓
1. 연소종료속도/ 2. 왜 다단로켓이 필요한가/ 3. 다단로켓의 구성
제2장 직렬식 다단로켓
1. 다단로켓의 델타브이/ 2. 직렬식 다단로켓의 최적화/ 3. 유니폼 스테이징
제3장 병렬식 다단로켓

5부 관성유도
제1장 관성유도의 물리학
1. 로켓의 유도방법/ 2. 관성유도의 물리학
제2장 지구모델 및 중력장
1. 달, 사과 그리고 만유인력/ 2. 회전타원체 지구모형/ 3. WGS 84 기준타원체의 중력/ 4. WGS 84 지오이드
제3장 람베르트 유도원리 284
1. 케플러 궤도/ 2. 궤도방정식/ 3. 람베르트 문제/ 4. 편평지구/ 5. 실제 지구에서 람베르트 속도/ 6. 이동시간 tF/
7. 수치계산 방법/ 8. 최소 에너지궤도
제4장 로켓의 유도조종
1. 궤도 특성/ 2. 미션 요구속도 ?v?R/ 3. 크로스프로덕트 조종
제5장 관성 감지기
1. 기계식 자이로/ 2. 레이저 자이로/ 3. 가속도계
제6장 관성플랫폼
1. 관성플랫폼의 기본 개념/ 2. 3차원 관성플랫폼의 운동방정식/ 3. 자이로와 플랫폼 운동방정식의 해/
4. 플로팅-스피어 플랫폼
단위 환산표/ 찾아보기

저자소개

저자 정규수는 서울대학교 문리과대학 물리학과를 졸업하고, 미국 피츠버그대학교 물리학과에서 물리학 박사학위를 받았다. 귀국 후에는 국방과학연구소(Agency for Defence Development: ADD)에 들어가 30여 년을 근무하며 한국의 국방과학기술 선진화에 힘썼으며, 이후 한국항공우주연구원(Korea Aerospace Research Institute)에서 로켓과 우주발사체를 연구했다. 지은 책으로는 로켓이 대륙간탄도미사일(ICBM)과 잠수함발사 탄도미사일(SLBM)로 변모해가는 과정과 기술 발전에 대한 이야기를 ICBM의 종주국인 미국과 소련의 탄도탄 발전 과정을 중심으로 풀어쓴 『ICBM, 악마의 유혹』 외에 『ICBM, 그리고 한반도』, 『로켓, 꿈을 쏘다』가 있다.

도서소개

로켓과 관성유도에 관한 『로켓 과학』제1권의 구성은 다음과 같다. 제1부에서는 로켓엔진의 구조와 불안정 연소, 노즐의 물리학, 고도에 둔감한 노즐, 추력과 비추력을 설명하고, 제2부에서는 액체로켓에 관한 내용으로 액체추진제의 종류와 특성, 액체엔진 사이클, 추진체 및 냉각 시스템에 대한 설명을 담고 있다. 제3부는 고체로켓의 역사와 모터 구조 및 고체추진제 종류와 특성을 다룬다. 제4부에서는 다단로켓의 필요성과 다단로켓의 구성에 대해 설명하고, 다단로켓을 연소종료속도 또는 페이로드에 대해 최적화하는 방법을 소개한다. 제5부는 우주발사체와 탄도탄 유도에 사용되는 관성유도의 기본 원리를 소개하고, 관성유도 계산에서 기준으로 삼는 기준좌표계를 도입하여 위치에 따른 지구 중력가속도 값을 구하는 방법을 설명한다.
☞ 수상 및 선정내역
- 2016년 대한민국학술원 자연과학 분야에서 우수 학술도서
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