소나기대학원 준비하면서 로켓 추진제를 공부하는데, 뉴스에서 보는 거대한 발사체는 액체 연료를 쓰고 미사일 같은 건 고체 연료를 쓰는 경우가 많아서 구체적으로 어떤 차이가 있는지 궁금해졌습니다. 제 생각에는 액체 연료가 연소 조절이 가능해서 효율(비추력, 연료 1kg당 얻는 추진력)이 더 높을 것 같은데, 고체는 구조가 단순해서 초기 가속도만 빠른 것 아닐까 싶거든요. 혹시 제가 생각한 것처럼 액체 연료가 단순히 효율 면에서 고체보다 압도적으로 유리한 게 맞나요?
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작성하신 생각이 정확합니다. 비추력(Specific Impulse) 관점에서만 본다면 액체 연료가 고체 연료보다 훨씬 효율적입니다. 액체 연료는 연소실로 들어가는 연료와 산화제의 양을 정밀하게 조절할 수 있고, 화학적으로 더 높은 에너지를 낼 수 있는 조합을 사용하기 유리하기 때문입니다. 특히 극저온 액체 수소-액체 산소 조합은 현존하는 화학 로켓 추진제 중 최상위권의 효율을 보여줍니다.
반면 고체 연료는 효율보다는 '즉각적인 대응성'과 '신뢰성'에 특화되어 있습니다. 액체 로켓은 복잡한 펌프와 배관 시스템이 필요하고 연료 주입 시간이 오래 걸리지만, 고체 로켓은 이미 연료가 충전된 상태로 보관되었다가 점화 즉시 최대 추력을 낼 수 있습니다. 그래서 말씀하신 대로 빠른 발사가 생명인 미사일이나, 거대한 액체 로켓의 초기 이륙을 돕는 부스터(SRB) 용도로 주로 사용되는 것입니다.