우주선에 사용되는 로켓 엔진의 연소실(챔버)에서는, 가스가 약 3200℃까지 가열된다. 엔진이 올바르게 기능하기 위해서는 이 고온이 필요하고, 많은 재료의 융점을 넘는 이 고온에 견디는 데에는, 여러가지 조치가 취해져있다.
로켓 엔진의 챔버 상부에는 인젝터가 있고, 연료와 산화제를 고압으로 챔버 안으로 보낸다. 챔버에 보내진 연료와 산화제는 혼합하여 발화, 연소하고, 방대한 에너지를 만들어 낸다. 그러나 아무런 조치를 하지 않으면 금속으로 된 챔버 벽면은 녹아 버린다.
■ 1. 히든 싱크
하나의 선택지는, 챔버의 벽을 두껍게 하는 것이다. 두꺼운 벽은 히트 싱크 기능을 말하며, 고온의 가스가 금속의 층을 녹이기 전에 전체 온도를 낮춘다. 그러나 로켓을 만들 때는, 경량화가 중요해지기 때문에 무거운 금속 벽을 어디까지나 두껍게 할 수는 없다. 또, 모든 금속의 융점을 맞이하면 녹아 버리기 때문에, 거기까지 오랜 시간의 사용에는 적합하지 않다.
이 때문에, 히트 싱크는, 단시간만 동작하는 조종용 슬래스터라면 이용 가능하지만, 수분에 걸쳐 계속 움직이는 주추진 엔진에는 적합하지 않다.
■ 2. 연료와 산화제의 비율
다른 옵션은, 연료와 산화제의 비율을 조정하여 배기 온도를 낮추는 것이다. 연료와 산화제 전량이 완전하게 반응하는 비율이라면, 가능한 한 최대한의 열이 방출되게 되어, 최대 출력을 요구하는 경우네는 훌륭한 결과라고 할 수 있지만, 열을 억제하고 싶은 경우에는 적합하지 않다.
■ 3. 어브레이티브 냉각
간단하고 효율적인 냉각법으로 알려진 것은 "어브레이티브 냉각"이다. 이것은 대기권에 재돌입하는 우주선이 사용하는 차열판과 같은 기화열을 이용하는 방법이다. 높은 융점을 가진 탄소복합재료를 이용한 차열판은 고온이되면 층이 녹아 열을 빼앗아 우주선 내부까지 고열이 침투하는 것을 방지한다. 로켓 엔진의 경우 챔버와 노즐의 벽 안쪽에 탄소 복합재료의 층이 마련되어 있다.
단, 이 방법으로 냉각된 엔진을 다시 사용할 수 없는 등의 문제가 알려져 있다. 유명한 것으로는, 아폴로 계획으로 우주인을 지구로 데리고 돌아오기 위한 엔진은, 달 표면에서 실제로 이용될 때까지 테스트를 할 수 없었다고 한다.
■ 4. 재생 냉각
액체 연료 로켓 엔진의 경우에는, "재생 냉각"이라는 방법이 사용되게 된다. 이는 추진제를 챔버와 노즐 벽면 내부를 통과한 후, 인젝터를 경유해 챔버에 보내는 것으로 로켓 엔진에 관한 커다란 브레이크 쓰루(breakthrough)가 되었다는 것이다.
"재생 냉각"의 과제 중 하나는, 벽 안쪽의 압력을 챔버내의 압력보다 높게 할 필요가 있는 것. 그러나 좁은 벽 안쪽을 고압으로 하면 누수가 발생할 수 있다.
■ 5. 필름 냉각
"재생 냉각" 다음가는 방법으로는, 챔버와 노즐 내부와 벽 사이에 유체를 주입하여, 고온가스와 벽 사이에 경계를 만드는 "필름 냉각"이 알려져 있다. 가장 간단한 방법은 인젝터 바깥쪽의 연료 또는 산화제 농도를 높이는 것으로, 챔버 안은 연료가 풍부하므로 일반적으로는 연료가 이용된다는 것. 이 방법으로는 반응에 필요한 양의 산화제를 얻을 수 없는 연료가 바깥 둘레를 흘러 액체에서 기체로 상변화함으로써 열을 흡수 한다는 것.
■ 6. 방사 냉각
이 밖에 SpaceX가 사용하고 있는 "마린" 엔진이나, Rocket Lab의 "러더퍼드" 엔진은, 금속 부분으로부터 열을 우주에 방사하고 있다. 이것은, 태양이 진공을 통해 열을 전하고 있는 것과 같은 방법이다. "마린"이나 "러더포드"의 노즐 익스텐션은 통상, 니오브 합금 등 높은 열부하에 견디는, 매우 얇은 금속으로 되어있다.
그러나 매우 얇기 때문에, 손상이 되기 쉽다는 단점이 있다는 것. 또한 니오브는 산소와 반응이 높기 때문에, 이러한 엔진은 현실적으로 진공환경에서만 작동하며, 제조시에도 복잡한 작업을 필요로 한다는 것이다.
