우주 발사체가(ICBM, 인공위성 발사체 등) 발사 후 폭발 사고로 많은 양의 부품으로 분리될 경우, 부서진 부품들의 비행 궤적 및 지상충돌 시 충격량을 동역학적 관점에서 설명하시오

1. 폭발과 부품 분리 과정의 동역학적 해석

발사체가 폭발하는 순간은 엄청난 에너지 변환이 일어나는 시점이다. 로켓 내부의 연료는 폭발을 통해 순간적으로 고온고압의 기체를 방출하고, 이는 구조체에 비등방적인 힘을 가한다. 즉, 폭발 중심을 기준으로 모든 방향으로 힘이 작용하지만, 실제로는 연료의 분포나 구조물의 강도 차이로 인해 불균형적인 힘이 발생한다. 이로 인해 발사체는 일정 방향으로 더 큰 파열력을 받으며 부품들이 다양한 속도 벡터로 분리된다.
파편의 초기 속도는 발사체의 잔류 추진력, 폭발 압력, 파손 지점의 구조적 특성 등에 따라 결정된다. 예를 들어 연료탱크 근처의 부품은 폭발 중심에 더 가까워 높은 속도를 가지며, 반면 꼬리 부분의 잔해는 상대적으로 낮은 에너지를 받아 느리게 분리된다. 이때 각 부품은 회전 운동(각운동량)을 가지며, 이 회전은 비행 중 공기저항과 함께 불규칙한 궤적을 만들어낸다.
폭발 직후의 동역학적 상황은 질량중심의 급격한 변위, 운동에너지의 불균등 분포, 충돌 후 반발계수의 변동 등 다양한 요인이 복합적으로 작용하는 순간이다. 이러한 조건하에서는 뉴턴 역학만으로는 모든 파편의 거동을 예…(생략)