포고 현상
1. 개요
1. 개요
Pogo effect, 로켓을 발사할 때 생기는 강한 수직 방향 진동 현상이다. 이름은 스카이콩콩을 뜻하는 Pogo stick에서 따 왔다.
로켓의 추력은 엔진에 분사되는 연료량과 연료의 연소가 어떠냐에 따라서 달라지는데, 이 요소들이 언제나 완벽히 안정적일 수가 없는 터라 여러가지 요인에 의하여 순간적으로 추력이 흔들릴 수 있다. 이렇게 되면 로켓 전체에 구조적인 진동이 가해지고 이러한 진동은 다시 추진제 배관과 엔진에 영향을 줘 추력의 진동을 증폭시킨다.
추력의 진동이 증폭되는 메카니즘은 매우 다양한데 가장 간단한 예를 들면,
1. 순간적으로 과도한 추력이 들어갔을 때[1],
2. 엔진의 압력이 높아져서 엔진으로 들어오는 추진제의 흐름을 저하시키고,
3. 그렇게 되면 바로 다음 순간에는 추진제가 덜 들어와서 추력이 정상 이하로 떨어지고,
4. 그러면 다시 엔진의 압력이 낮아지면서 엔진으로 들어오는 추진제의 흐름이 많아지고,
5. 그렇게 되면 바로 다음 순간에는 추진제가 더 들어와서 추력이 정상 이상으로 높아져서... 다시 1로 돌아가서 무한반복
하는 식으로 초기의 작은 흔들림이 증폭되어서 지속되게 된다.
이렇게 초기 요소에 의한 작은 진동이 양의 피드백을 받아 증폭되어 생기는 수직방향 진동이 바로 포고 현상. 유인우주선을 발사한다면 탑승자는 위아래로 강하게 흔들리는 느낌을 받게 된다. 우주왕복선 같은 거 쏠 때 승무원을 비추는 영상이 매우 흔들리는 정체가 바로 이것.
일반적으로 무인 화물을 쏠 때나 유인 우주선을 쏠 때나 고려 대상이지만 특히 유인우주선을 탑재할 경우 큰 문제가 된다. 사람이 버틸 수 있는 진동 한계를 넘어서버리는 진동이 발생하면 안에 탄 사람들은 무사하기 힘들 것이다. 물론 무인 화물에도 그러한 진동이 가해지지만 사람보다는 버티게 만들기가 휠씬 쉽다. 최악의 상황은 이 포고 현상에 의한 진동의 주파수가 엔진 자체의 고유 진동 주파수와 일치하는 경우. 이럴 경우 공명 현상이 일어나 아예 풍비박산이 날 수도 있다.
실제로 아폴로 계획 당시 발사체인 새턴 V에서 이러한 현상이 발생하여 NASA 공돌이들의 골머리를 썩힌 적이 있다. 물론 현재는 거의 이해가 완료된 현상이고 이에 대한 대비 역시 사전에 충분히 하고 있다.
크루 드래곤에서도 첫 유인 비행에서 이러한 현상이 보고되었다. 다행히도 크루 드래곤은 무사히 국제 우주 정거장에 도킹하여 승무원이 우주 정거장에 탑승하는데 성공하였다.
[1] 이런 현상이 발생 가능한 상황은 많다. 추진제의 상태가 고르지 못하거나, 대기압이 급격히 변화하는 구간을 지나가거나, 인위적으로 추가 가속을 하거나...