GN⁺: 로켓이 작동하지 않게 될 정도로 지구가 더 커질 수 있는 최대 크기

화학 추진 로켓의 한계: 지구보다 큰 행성에서의 발사 가능성

• 화학 추진 로켓은 지구와 같은 밀도를 가진 더 큰 행성에서도 발사가 가능한가에 대한 질문에 대한 답변.
• 지구의 반경과 질량을 증가시키면서 발사 가능성을 탐구함.
• 화학 추진 로켓의 이론적 한계와 실제 엔지니어링 문제에 대해 논의함.

로켓 방정식과 화학 추진 로켓의 한계

• 로켓 방정식에 따르면, 더 큰 행성에서는 더 높은 속도가 필요하며, 이는 로켓의 질량 비율 증가를 의미함.
• 화학 엔진의 배기 속도는 한계가 있으며, 로켓의 질량 비율을 무한정 늘릴 수는 없음.
• 지구보다 큰 행성에서는 로켓의 추력 대 중량 비율이 더 높아야 하며, 이는 건조 질량을 증가시키고 가능한 Δv를 감소시킴.

화학 추진 로켓의 실제 한계

• 지구의 반경과 질량을 증가시킬 때, 로켓의 총 질량은 기하급수적으로 증가함.
• 어느 정도 이상의 중력에서는 가장 강력한 엔진조차 자신의 무게를 들어올릴 수 없음.
• 화학 추진 로켓의 Δv 요구 사항은 이론적으로 무한하지만, 실제로는 구조적 문제와 자원의 한계로 인해 불가능해짐.

화학 추진 로켓의 이론적 한계

• 화학 추진 로켓은 이론적으로는 어떤 크기의 행성에서도 발사할 수 있지만, 실제로는 질량 비율이 기하급수적으로 증가함.
• 로켓의 크기가 너무 커지면 구조적 문제가 발생하며, 엔진이 자신의 무게를 들어올릴 수 없게 됨.
• 행성의 질량이 로켓의 질량에 비해 상당히 크면, 로켓의 배기 속도가 감소하여 우주로 나가는 데 필요한 Δv를 제공할 수 없게 됨.

GN⁺의 의견

• 이 글은 화학 추진 로켓의 한계에 대해 심도 있게 탐구하고 있으며, 행성의 크기가 커질수록 로켓 발사의 어려움이 기하급수적으로 증가한다는 점을 강조함.
• 로켓의 질량 비율과 구조적 한계를 고려할 때, 지구보다 훨씬 큰 행성에서는 화학 추진 로켓으로는 발사가 불가능할 수 있음을 시사함.
• 이 글은 우주 탐사와 로켓 공학에 관심 있는 사람들에게 흥미로운 주제를 제공하며, 우주 발사 시스템의 미래에 대한 논의를 자극할 수 있음.

[neo]

Hacker News 의견

• 초기 로켓 과학에서의 열린 문제 중 하나는 이론적인 로켓 개념을 가지고 충분한 배기 속도를 가진 추진제 조합이 존재하는지 여부였음. 고다드의 논문에서는 추진제 속도를 낮추면서 동등한 성능을 내기 위해 로켓이 얼마나 커져야 하는지에 대해 논의함. 결국, 몇십 마일 상공에 도달하기 위해 산 전체의 화약을 태워야 하는 상황에 이르렀음. 중력과 화학이 궤도 로켓을 가능하게 하는 행성에 살고 있다는 사실을 깨달은 초기 로켓 개척자들에게는 반가운 놀라움이자 안도감이었음. 나머지는 단지 공학의 문제였음.
• 드레이크 방정식에 영향을 미칠 수 있는 흥미로운 점은, 높은 중력을 가진 행성에서 문명이 생존하는 평균 시간이 줄어들 수 있음을 시사함. 이는 그들이 다중 행성으로의 이동과 대규모 재앙을 극복하는 능력이 제한될 수 있기 때문임.
• 가스 거인과 같은 행성에서 수소 대기가 암석 핵을 둘러싸고 있다면, 우주의 가장자리에 도달할 때까지 수소를 호흡하는 우주선이 가능할지, 또는 질소나 이산화탄소 대기가 충분히 두꺼우면, 중력이 표면 수준보다 현저히 낮은 지점에 도달할 때까지 공기역학적으로 비행하거나 심지어 떠 있을 수 있는지에 대한 질문이 제기됨.
• 물 행성에서 탈출 속도에 도달하는 것은 어떤 도전일지 상상해보라는 의견 제시.
• 충분히 높은 첫 번째 단계와 핫 스테이징(hot staging)을 사용하면, 심지어 매우 큰 지구에서도 작동할 수 있음. 첫 번째 단계는 대기권을 훨씬 넘어서 확장될 필요가 있을 수 있음.
• 드레이크 방정식과 유사한, 행성이 충분히 작아서 탈출할 수 있는 요소를 포함하는 방정식이 있는지에 대한 질문. 지적이고 우주를 여행하는 생명체가 얼마나 드물게 존재할지 생각하는 것이 매우 우울하지만, 반면에 우주의 작은 구석에서 여러 우주 여행자들이 몇 광년 이내에서 동시대에 살고 있을 수도 있음을 상상하는 것은 흥미로움.
• 핵 열 로켓에 대한 언급이 거의 없었지만, 이론적으로 고려해볼 만한 기술임.
• 우주로 갈 수 없는 문명에게 불가능한 기술적 발전은 무엇일지에 대한 질문.
• 1.55R⊕ 행성에 대한 글이 궁금증을 자아내고 흥미로운 토론이라고 생각함.
• 충격파에 대한 실용적인 계산을 잊었지만, 이는 쉽게 계산할 수 없는 문제임. 지구에서의 경험에 따르면, 초음속 엔진 배기가 생성하는 충격파는 구조물에 강력한 압력을 가하며, 언급된 규모에서는 어떤 것도 충분히 오래 견디지 못함. 현재로서는 훨씬 강한 재료를 만들 수 있는지 알 수 없으며 예측할 수 없음. 해수면에서의 발사가 중요한데, 현재로서는 고도가 매우 다른 위치에서 발사된 두 개의 우주 로켓만 기억함. 고고도 발사는 충격파 문제에 대한 해결책이 될 수 있지만 다른 제한이 있음.