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로켓 크기 말엉덩이가 결정했다...당신이 몰랐던 로켓 이야기

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5, 4, 3, 2, 1, ...0. 우주선을 우주로 보내기 위해서는 강력한 추진력이 필요하다. 지구 중력을 벗어나기 위한 힘이 필요하기 때문에 혼자서는 발사될 수 없다. 초속 11.2km 이상의 속도가 필요한데… 이를 위해선 우주발사체, ‘로켓’의 힘을 빌려야만 가능하다.  

출처CNBC

로켓은 여러 부품을 지구에서 우주로 옮기는 데 쓰이는 이동 수단이다. 연료를 태워 만든 가스, 불꽃을 내뿜으면서 위로 발사된다. 특징은 크고, 강력하다고 보면 된다.

로켓의 겉 부분은 심플하다. 반면 설계는 아~주 복잡하다. 큰 힘을 내기 위해서는 연료가 많아야 한다. 그렇지만 무작정 연료를 늘리면? 로켓이 무거워져 다른 부속품을 실을 수 없게 된다. 적당한 연료와 강력한 엔진. 이 비율이 딱 맞아야지만 로켓 만들기에 성공할 수 있는 것. 

출처USA Today

우주선이 궤도에 안정적으로 도착할 때까지 연료를 제어하고, 대기권과의 마찰도 잘 견뎌내야 하는 막중한 임무를 가지고 있으니 당연한 일이겠다.

여하튼 보기보다 꽤 복잡한 이 로켓을 만들기 위해서는 시간과 노력, 제작비용이 아주 많이 든다. 그런 만큼 그 과정에 사건·사고도 여럿 발생한다. 엑스레이를 찍을 수밖에 없는 이유라던가 새 출몰로 발사가 늦춰진 해프닝 같은 것 말이다. 우리가 몰랐던 로켓 이야기, 뭐가 있을까?

로켓의 크기를 결정한 건 말 엉덩이? 

출처ESA

우주선 발사에 쓰이는 이 로켓의 종류는 다양하다. 화학 추진, 전기 추진, 저온 가스 추력기 등 구조나 연료에 따라서 각기 다르다. 똑같은 점은 딱 한 가지. 너비가 143.51cm라는 것이다. 이 너비는 지금까지도 고정됐다. 무조건 이 폭에 맞춰서 제작해야 한다. 왜일까?

출처RT News

사이즈가 상당한 로켓은 발사대까지 기차로 운반된다. 중간에 터널도 통과해야 한다. 로켓이 망가지지 않기 위해서는 너비가 열차 선로 폭에 맞아야 한다. 미국 철도의 표준 거리는 143.51cm. 로켓의 너비가 정해진 이유다.

그럼 이 철도 표준 거리는 어떻게 정해진 걸까? 미국 최초의 철도는 영국인이 설계해 영국의 기준을 따랐다. 그럼 영국은 19세기 초에 이 선로 폭을 무슨 기준으로 결정했을까. 또 여러 과정을 거쳐야 한다(...)

영국 철도는 전차 레일을 건설하던 사람이 설계했고, 전차 기술자들은 마차를 만들던 사람이었다. 결론적으로 마차 바퀴 간 너비가 로켓의 너비로 고정된 것이다. 마차 바퀴 너비는 143.51cm. 전차를 이끄는 말 두 마리의 엉덩이 사이즈와 같다.

'세상을 지배하는 숨은 법칙'의 저자 이상훈에 따르면, 마차 바퀴 너비는 고대 로마인이 결정한 것이라고 설명했다. 그럼 결국 로마의 말 엉덩이 사이즈가 로켓의 너비를 결정하게 된 셈이다. 


로켓엔진, 엑스레이 찍는 건 필수?

출처Wikimedia

자동차, 반도체 등 정밀 제품의 불량 검사를 할 때 엑스레이(X-ray)를 사용한다. 엑스레이는 투과성이 강해 물체의 내부를 볼 수 있어 비파괴 검사에 주로 쓰이고 있다.

NASA(미 항공우주국)는 로켓 제작에 약 1년 반 정도의 시간이 걸린다고 밝힌 바 있다. 사고 발생 시 위험부담이 높은 만큼 검사와 시험을 수백 번, 수천 번을 거친다. 엑스레이 역시 여러 번 촬영한다. 

출처Pxhere

엑스레이 촬영 시 가장 주의 깊게 보는 곳은 바로 용접부다. 과학기술정보통신부에 따르면, 로켓은 최대한 무게를 줄이고, 내부 압력을 유지하는 기밀(氣密·기계가 외부 기압의 영향을 받지 않는 상태, 사방이 꽉 막혀 공기가 통하지 못하는 정도)이 중요하다.

제작 공정 시 상당 부분을 용접이 차지하는 만큼, 엑스레이 검사 시 이 부분을 꼼꼼히 살핀다. 실제로 한국형 발사체의 경우, 엑스레이 검사를 거쳐야 하는 용접부가 1000개에 달한다.

한국항공우주연구원은 "용접부 중에 추진제, 산화제 탱크는 2mm 정도의 얇은 알루미늄 합금 여러 조각을 용접해 완성 시킨다. 이런 용접부 내부에 균열이나 결함은 없는지 확인하기 위해서는 엑스레이 촬영이 필요하다"라고 설명했다.

로켓 발사를 방해하는 요소 중 하나, 새

버드 스트라이크(Bird Strike)라는 말을 들어본 적이 있을 테다. 버드 스트라이크는 조류가 비행기에 부딪히는 현상을 말한다. 특히 항공기에서 이런 사고가 많이 발생하는데, 항우연은 로켓 발사 시에도 이 버드 스트라이크를 조심해야 된다고 말했다. 

출처NASA

로켓과 새 사고가 처음 발생한 때는 1995년, 케네디 우주센터에서다. 우주 발사장인 케네디 우주센터는 따뜻하고 습한 기후로 야생동물·조류가 자주 출몰하는 지역이다. 당시 디스커버리호가 발사를 준비하고 있었는데, 최종 점검에서 발사가 취소됐다. 크고 작은 구멍이 200개나 발견됐기 때문.

출처npr

크고 작은 구멍을 낸 범인은 딱따구리였다. 딱따구리는 부드러운 나무에 둥지를 짓는 습성이 있다. 연료탱크 단열재를 나무로 착각(?) 한 딱따구리가 구멍을 냈다. 그 깊이는 무려 10cm나 됐고, 단열재 아래의 알루미늄에 흠집이 생겼을 정도였다.


그저 해프닝 같지만 이 일로 발사는 1달간 연기됐다. 로켓은 수리를 위해 분리돼 격납 건물로 되돌아갔다.

이 일 이후 NASA 관계자는 딱따구리 문제를 처리하기 위한 위원회를 구성하기도 했다. 딱따구리의 천적 플라스틱 올빼미를 곳곳에 설치했고, 둥지를 만들 수 없도록 나뭇가지도 모두 제거했다.

딱따구리 퇴치에만 집중하던 NASA는 이후에도 독수리 등 조류 때문에 발사 연기가 된 일이 발생하자 본격적인 프로젝트에 돌입한다. 

미국 야생동물관리국과 함께 어떤 새가 충돌 확률이 높은지, 만약 충돌 시에는 얼마나 위험한지를 알기 위해 새의 종류와 몸무게를 조사했다. 또 어느 시기에 어느 정도의 몸무게가 평균인지까지 확인했다. 이런 데이터를 모아 조류 충돌 회피 모델(Bird Avoidance Model)을 개발할 정도로 연구했다. 

최근에는 새들이 꺼려 하는 음파를 날려 발사장에 접근하지 못하도록 하고 있으며, 가까이 접근할 시에는 로봇과 드론으로 쫓아내는 방법을 쓰고 있다. 새가 접근하고 있는지를 미리 알 수 있는 레이더도 사용하고 있다.

테크플러스 에디터 전다운

tech-plus@naver.com


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