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나로호 또 실패, 로켓 말고 우주로 갈 다른 방법 없나?

  • 이한음|과학칼럼니스트 lmgx@naver.com|

나로호 또 실패, 로켓 말고 우주로 갈 다른 방법 없나?

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나로호 또 실패, 로켓 말고 우주로 갈 다른 방법 없나?

우주 엘리베이터 상상도.

고리는 어디에도 고정되지 않고 지구 궤도를 돌아다닌다. 곳곳에 케이블을 매달 수 있다. 케이블은 지표면을 향한다. 이 케이블은 우주 엘리베이터용 케이블보다 훨씬 짧다. 버치는 그 정도 길이라면 기존 기술로도 만들 수 있다고 본다. 케이블의 수는 제한이 없다. 케이블은 고리를 따라 움직이면서 지표면의 필요한 곳으로 향한다. 케이블 끝은 일시적으로 지표면과 연결되어 엘리베이터를 통해 화물을 수송한다.

궤도 고리는 반드시 원형일 필요가 없으며, 양쪽 끝은 훨씬 높은 고도에 있고 중간 부분이 가장 낮은 고도에 있는 타원형 고리도 얼마든지 만들 수 있다. 고리의 단면은 원통형이며 그 안에는 사람이 거주할 수도 있다. 궤도 고리에 매달려 지상과 연결된 케이블은 초전도체 자석을 이용함으로써 마찰을 최소한으로 줄인 채 고리를 따라 이동이 가능하다.

궤도 고리가 소행성 같은 것에 충돌하면 지구로 엄청난 양의 파편이 쏟아져서 재앙이 일어나지 않을까? 버치는 그럴 확률은 매우 낮으며, 설령 충돌해 고리의 일부가 파손된다 해도 고리가 통째로 지구로 떨어지는 일은 일어나지 않을 것이라고 말한다. 온전한 고리는 전체적으로 지구 쪽으로 끌어당겨지고 있어서 팽팽한 상태를 유지한다. 그러다가 한 곳이 끊어지면 오히려 우주 쪽으로 더 벌어진다는 것이다. 그런 상태에서 적어도 수천 년은 돌 것이므로, 수리할 시간은 충분하다고 본다.

궤도 고리를 이용하면 달이나 화성 같은 행성을 오가기도 더 쉽다. 달에도 궤도 고리가 있다고 하자. 그러면 무릿매로 돌을 던지듯이, 화물을 지구의 궤도 고리를 따라 빙 돌리다가 적당한 지점에서 놓아주기만 하면 된다. 화물은 달의 궤도 고리를 향해 날아가고 거기에서 포획을 하면 저렴한 비용으로 달까지 사람이나 물건이 오갈 수 있다. 궤도 고리는 여러 SF 작품의 소재로 쓰이고 있다.

이 밖에도 케이블이나 위성을 이용한 다양한 방법이 제시되어 있다. 이런 방법들은 행성의 중력과 자전, 원심력, 역학 에너지 등을 이용한다는 점이 특징이다. 즉 어떤 식으로든 역학 에너지를 이용해 지상의 물체를 우주로 끌어올린다.



이와 달리 전자기력을 이용한 방법도 있다. 알렉산더 볼론킨은 이와 관련된 여러 방법을 제시했는데, 그중 하나인 레일건(railgun)을 살펴보자. 레일건은 화약 대신 전자기력을 이용해 쏘는 총이다. 2008년 미국 해군은 레일건으로 분당 10발의 포탄을 발사해 약 370m 떨어진 표적을 맞히는 실험에 성공한 바 있다. 연구자들은 이 레일건을 우주 탐사에도 쓸 수 있다고 본다.

개략적으로 말하면, 철도처럼 두 가닥의 금속 레일을 깔고 거기에 전기가 통하는 발사체를 올려놓는다. 그런 뒤 강력한 전기를 통하면, 전기회로가 완성되면서 발사체가 앞으로 튀어나간다. 전기를 공급하는 전원이 강할수록 발사체의 속도를 얼마든지 높일 수 있다. 문제는 그 정도로 강력한 전류를 공급하면 레일을 비롯한 설비가 과열되어 다 녹아버릴 수 있다는 점이다. 따라서 열에 강한 새로운 소재와 현재 개발 중인 초전도체가 필요하다. 볼론킨은 보조 연료를 써서 발사체를 어느 정도 가속시키며 레일건을 작동시키면 전류 공급을 상당히 줄일 수 있다고 본다.

그는 발사 때의 고압에 견딜 수 있는 화물을 발사하는 용도라면, 레일을 약 400m만 깔아도 충분할 것이라고 본다. 하지만 관광객 같은 일반인을 보내는 용도라면 레일을 1100㎞는 깔아야 할 것이라고 계산한다. 그렇긴 해도 레일건이 로켓보다는 비용이 훨씬 적게 든다고 말한다. 현재의 로켓 방식으로는 화물 1㎏당 약 1만달러의 비용이 드는 반면, 레일건은 6달러면 된다는 것이다.

레이저를 이용한 방법도 있다. 이 방법도 원래 치올코프스키가 제시한 것이다. 현재의 로켓은 연료, 산화제, 냉매 등 추진에 필요한 모든 것을 다 싣는다. 실제로 우주에 띄울 인공위성은 극히 일부 공간만을 차지할 뿐이다. 치올코프스키는 광선을 이용해 외부에서 발사체를 추진할 에너지를 제공한다면 연료를 굳이 가득 싣지 않아도 돼 훨씬 가벼워지고 효율도 높아질 것이라고 주장했다. 비용도 훨씬 줄어들 테고 말이다.

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