로켓 발사는 얼마나 시끄러울까요?

로켓을 우주로 발사하는 데 필요한 막대한 추력은 많은 소음을 발생시킵니다. 얼마나 많이?  1960년대와 1970년대에 NASA의 아폴로 프로그램 중에 발사된 새턴 V의 영상을 보고 폴리에스터가 많이 들어간 패션과 복고풍 헤어컷보다 더 충격을 받을 수 있는 한 가지는 구경꾼 군중이 메인 센터에서 얼마나 멀리 떨어져 있는지 입니다. 이벤트 .

이에 대한 몇 가지 타당한 이유가 있었고 소음도 그 중 하나였습니다. 시끄러운 소리는 사람을 죽일 수 있고 인간이 만든 물건 중 Saturn V 만큼 시끄러운 것은 거의 없습니다 .

아폴로 우주비행사들이 달 탐사 임무를 수행할 때 흥분한 관중들 사이에서 5.1km 이상 떨어져 있었습니다. 그러한 거리에서도 소음은 믿을 수 없을 정도였습니다. 당시 흔한 신화는 Saturn V의 엔진에서 나오는 음파가 너무 강력해서 발사대의 콘크리트를 녹이고 1마일(1.6km) 떨어진 잔디에 불을 질렀다는 것입니다(둘 다 거짓). 

당시 NASA의 측정치는 발사 소음을 204데시벨로 포착했습니다. 제트 여객기가 이륙할 때 나는 소리는 120~160데시벨이며 30초 이상 지속되면 청력에 위험한 것으로 간주됩니다 . 2.4km(1.5마일) 떨어진 곳에서도 새턴 V 발사 소음은 120데시벨로 기록되었습니다. 이는 록 콘서트나 매우 가까운 곳에서 자동차 경적 소리만큼 큽니다.

새턴 V 시절부터 발사를 지켜보고 사진을 찍어온 플로리다의 카페 주인인 Anthony Rue는 "항상 발사의 물리적 특성에 놀랐습니다."라고 말합니다. "1970년대에는 Sensurround라는 오디오 장치가 있었습니다. 지진과 같은 재난 영화에서 극장에서 아음속 지진 '경험'을 만드는 데 사용됩니다.

"가까이서 발사하는 것은 Sensurround와 약간 비슷합니다."라고 Rue는 말합니다. "약간의 떨림이 느껴지다가 실제 소리를 듣기도 전에 가슴에서 건물이 우르릉거리는 소리가 들립니다. 음속 이하의 저음 주파수가 귀를 간지럽힙니다. 몇 초 후 소리가 합쳐져 ​​거대한 용접 토치처럼 포효합니다. "

작년에 유타주 브리검 영 대학교의 한 과학자 팀은 새턴 V의 소리가 얼마나 큰지 계산했습니다 . 그들은 203데시벨이라는 NASA의 자체 녹음과 매우 유사한 결과를 내놓았습니다.

160데시벨과 200데시벨 사이의 차이는 크게 보면 별 것 아닌 것 같지만 사실입니다.

“170데시벨은 항공기 엔진 10개에 해당합니다. 200개는 10,000개의 엔진이 될 것입니다"라고 당시 Brigham Young University의 물리학 교수이자 이 연구의 저자인 Kent Gee는 말했습니다. "10데시벨마다 10배씩 증가합니다."

 

Artemis의 SLS 로켓은 Apollo 프로그램의 Saturn V와 비슷한 추력을 방출합니다(Credit: Anadolu Agency/Getty Images).

새턴 V는 지금까지 발사된 로켓 중 가장 시끄러웠습니까? 추력을 가이드로 사용한다면 아마 아닐 것입니다. 발사 시 새턴 V가 생성하는 3500만(메가뉴턴)의 힘 은 1960년대에 우주 비행사를 달 표면으로 데려다 줄 것으로 추정되는 소련의 불운한 N1 로켓 (4500만)이 생성한 것보다 적습니다. 그러나 관중의 소리보다 고려해야 할 것이 더 많을 정도로 충분히 컸습니다. Saturn V만큼 강력한 로켓은 자체 발사 소음에서 발생하는 음파만으로도 피해를 입힐 수 있습니다.

최근 아르테미스 프로그램 출시 에 사용된 우주 발사 시스템 (SLS)의 수석 엔지니어인 나사의 존 블레빈스(John Blevins)는 아폴로 프로그램 이전에도 피해가 발생하지 않도록 하는 데 나사의 로켓 엔지니어들이 몰두했다고 말했습니다 .

한 가지 해결책: 발사대의 방화 참호는 물로 채워져 로켓이 이륙할 때 발생하는 강렬한 소음을 줄이는 데 도움이 됩니다.

Blevins는 "Apollo 시대에 우리가 수행한 일련의 지상 테스트가 있으며 우주 발사 시스템을 위해 다시 수행했습니다."라고 Blevins는 말했습니다. . "로켓 자체의 최대 소음은 바나나 크릭(발사 장면을 볼 수 있는 인기 있는 장소)에 앉아 있는지 알 수 없지만 실제로는 지상에서 약 45m 떨어져 있습니다. , 물이 있는 구멍으로 내려가는 대신 소음을 줄이는 데 도움이 됩니다."

저는 약 0.5마일 떨어져 있고 귀마개를 꽂고 600초 동안 이 장치는 상상할 수 있는 것보다 더 많은 증기를 생성합니다 – John Blevins

물이 채워진 화재 참호는 우주 왕복선 발사에도 사용되었습니다. 그 유명한 오래된 나사 로켓 발사에서 볼 수 있는 카리스마 있고 끓는 증기 구름은 사실 연기가 아니라 강렬한 열에서 증발하는 물에서 나오는 증기입니다.

SLS는 아르테미스 프로그램에 사용된 새로운 로켓으로, 그 어느 때보다 인류를 태양계로 더 멀리 데려갈 계획이었습니다. 그것은 Saturn V보다 15% 더 많은 추력으로 발사된 가장 강력한 로켓 중 하나입니다 . SLS 수석 엔지니어인 Blevins는 미시시피 남부의 John C Stennis Space Center에서 지상 테스트 중인 5개의 엔진을 보고 들었습니다. Blevins는 지상 테스트는 로켓 설계 진행의 중요한 단계라고 말합니다.

"저는 약 0.5마일 떨어져 있고 귀마개를 꽂고 600초 동안 이 장치는 상상할 수 있는 것보다 더 많은 증기를 생성하고 있습니다. 그리고 가까이 갈 수 있을 때 엔진 4개 중 1개라는 것을 알 수 있습니다! 그리고 그것들은 측면에 있는 두 개의 [고체 로켓 부스터]보다 추력이 적습니다.  

"이 로켓이 얼마나 강력한지 알 수 있습니다. 정말 놀랍습니다." 2022년 11월부터 출시되는 Artemis I의 영상 보기

Blevins는 SLS가 Saturn V보다 더 조용하도록 설계되었지만 그 소음 수준은 엔진의 추력 이상에 달려 있다고 말합니다. 

"사람들이 듣는 것에는 많은 뉘앙스가 있습니다."라고 Belvins는 말합니다. "낮은 흐린 날처럼, 마치 1,000피트(330m) 구름 천장이 있는 것처럼, 그 소음은 플로리다 주 전역을 가로질러 이동하고 앞뒤로 튕겨 나갈 것입니다. 정말 쉽게 감쇠되지 않을 것이므로 사람들은 날이 약간 흐리면 탬파에서 로켓 발사 소리가 들릴 것입니다." 탬파는 플로리다 반도 반대편에 있는 케네디 우주 센터에서 차로 3시간 거리에 있습니다.

플로리다에 있는 Brigham Young University와 Rollins College의 과학자들이 2022년 11월 Artemis 1호를 발사하는 동안 SLS의 녹음을 연구한 결과 발사 전 모델이 예측했던 것보다 더 많은 소음이 발생하는 것으로 나타났습니다 . 그들은 발사대에서 0.9마일(1.5km)에서 최대 소음 수준이 136데시벨에 도달하고 3.2마일(5.2km)에서 129데시벨임을 발견했습니다. 

음향학을 연구하고 Artemis 1 발사에서 나오는 소리를 조사한 사람 중 한 명인 Rollins College의 수학자 Whiteny Coyle은 SLS가 생성한 딱딱거리는 소리가 "쌀 크리스피 한 그릇보다 4천만 배 더 크다"고 설명 했습니다 .

시끄러운 로켓도 카드에 있을 수 있습니다. SpaceX의 Starship 차량 (제안된 화성 임무용)은 회사의 Super Heavy 부스터 위에서 이륙할 예정입니다. SpaceX에 따르면 Super Heavy는 Saturn V의 두 배 이상인 거의 76MN의 추력을 생성합니다. 이륙하는 것을 볼 계획이라면 귀마개가 아주 좋은 생각처럼 들립니다.