전통적인 로켓 엔진은 종(Bell) 노즐로 폭발에 지향성을 주어 배출하는 형태다. 검증되고 많이 쓰였다
다만 고도가 높아져서 대기가 옅어지면, 대기의 압력(대기압)도 그만큼 줄어들어서 연소가 노즐 바깥에서 확산되고 효율이 나빠지는 경향이 커진다. 이를 잡아주기 위해서는 노즐의 형상을 바꿔야 한다.
다만 대기압이 강한 해수면~저고도와, 고고도, 진공인 우주에서 최적인 노즐의 형상이 다르다. 때문에 현재의 로켓들은 다단 로켓을 사용한다
에어로스파이크 엔진은 하나의 엔진으로 고도에 따른 압력에 두루 적응할 수 있게 설계한 로켓 노즐 구조다
리니어 (선형) 에어로스파이크 엔진
토로이달 (고리형) 에어로스파이크 엔진
두 가지 바리에이션이 있지만 원리는 동일하다. 벨 노즐과 마찬가지로 연소에 지향성을 주어 배출하려는 목적인 것은 마찬가지. 다만 벨 노즐은 내면 커브가 바깥에서 연소를 감싼다면, 에어로스파이크는 커브가 안쪽에 있고 바깥의 연소로 둘러싸이는 형태다
다수의 작은 분사구 중간에 쐐기 모양의 구조물(스파이크)을 설치해놓는다. 이 구조물이 로켓 노즐의 한쪽 벽을 담당한다. 반대쪽 벽은 대기압이 담당한다. 대기압이 바깥에서 연소 가스를 억눌러서 중앙 구조물 쪽에 붙어서 분사되게 한다.
대기압이 강한 해수면 고도에서는 분사가 중앙에 타이트하게 붙어서 발사되고, 고도가 높아지면서 점점 확산되는 경향이 생기지만, 반대편 노즐 분사의 흐름과 중앙 스파이크 밑기둥으로 인해 만들어지는 재압축 충격파가 붙들어주어 분사 방향을 유지시켜, 고도에 관계 없이 높은 효율을 발휘한다.
고도에 관계 없이 하나의 노즐로 모두 대응할 수 있기에, SSTO에 최적화된 구조일 거라고 여겨졌다. 1990년대 개발했던 NASA와 록히드 마틴의 실험 우주선인 X-33이 리니어 에어로스파이크 엔진을 사용할 예정이었다
리니어 에어로스파이크는 측면으로 계속 노즐을 확장해 나갈 수 있으므로 크기가 큰 우주선을 만들 때에도 적합하다고 보았다
다만 X-33은 탄소 복합 수소 연료 탱크의 문제로, 2001년 프로젝트가 중단되었다. 그 이후론 실험적으로 에어로스파이크 엔진을 연구하는 곳은 있으나, 아직 본격적으로 사용하는 완성품 로켓은 없다
하지만 제대로 완성되면 효과적일 것이라, 계속 연구 시도하는 곳은 있다
에어로스파이크 엔진의 단점은, 스파이크 부분 구조물이 추가되기 때문에 무게가 늘어나고, 그 부근의 냉각이 어렵다는 것이다. 냉각 효율을 키우기 위해 스파이크 부분을 만지면 엔진 자체가 더 무거워지거나 효율이 나빠지는 악순환이 생긴다
또한 마하 1~3 대역에서는 공기의 흐름이 에어로스파이크를 구성해야 하는 대기압을 방해하기 때문에 생각외로 효율이 나빠지는 경향이 있다
https://en.wikipedia.org/wiki/Aerospike_engine
http://www.aerospaceweb.org/design/aerospike/compensation.shtml
정말 가능성이 많은 기술중 하나인데 실현되고 있지 않아 슬픔 - 우주비행 마이너갤러리 놀러와주세요 <- 스페이스엔진 마이너갤러리도!
ARCA space가 열심히 하고는 있는데....대부분 평은 왜 하는지 모르겠다...던데...아무튼 테스트 발사가 미국쪽에서 실시될 예정이었다가 여러가지 스펙을 못맞춰서 허가가 나질 않아 연기되었더라구요...아무튼 다시 시험 발사 준비 중인것 같던데...