초고온 열에도 로켓노즐은 왜 녹지 않는가?

 

로켓 노즐은 극한의 열과 압력을 받지만 녹지 않고 견딜 수 있는 이유는 여러 가지 과학적 설계와 재료공학 기술 덕분입니다.

---

🚀 왜 로켓 노즐이 안 녹는가?

🔥 1. 초고온 내열 소재 사용

• 로켓 노즐은 연소가스 온도가 약 3,000~3,500°C까지 도달함에도 녹지 않는 특수 소재로 만들어집니다.
• 사용되는 대표적 소재:
  • 탄소-탄소 복합재(Carbon-Carbon composite): 매우 가볍고, 3,000°C 이상에서도 견딤
  • 텅스텐(W): 녹는점 약 3,422°C
  • 레니 합금(René alloy), 인코넬(Inconel) 등: 니켈 기반 초합금으로 고온에 강함
  • 절연 세라믹 코팅도 사용됨

---

💨 2. 재생 냉각 방식 (Regenerative Cooling)

• 연료(또는 산화제)를 연소 전에 노즐 근처의 관을 지나가게 하여 냉각 → 연소실로 공급
• 냉각 + 연료 예열을 동시에 함
• SpaceX의 메르린(Merlin) 엔진 같은 액체연료 로켓에서 흔히 사용

---

🌀 3. 경계층 & 초음속 효과

• 초음속 흐름에서는 **가스와 노즐 벽 사이에 "경계층"**이 형성되어 열 전달이 줄어듦
• 또, 노즐 끝 부분은 팽창 과정으로 온도가 오히려 낮아짐 (노즐 출구부는 1,000~2,000°C 정도)

---

🛡️ 4. 열 차폐 및 절연 기술

• 일부 고체연료 로켓 등에서는 **열 차폐재(ablation material)**를 사용함
  • 예: 흑연, 세라믹 복합재
  • 열을 받으며 조금씩 깎여나가며 열을 흡수 → 내부는 보호

---

⚙️ 요약

요인설명

내열 재료	탄소복합재, 초합금, 세라믹 등
냉각 시스템	연료를 냉각제로 사용 (재생 냉각)
열 차폐 설계	흑연, 절연 코팅, 열흡수 구조
공기역학 효과	초음속 팽창 → 일부 구간 온도 하락