[저멀리 우주로: 우주를 향한 꿈] 치올콥스키, 우주선을 꿈꾼 천재

• 아나 로락 - 주황빛 꿈Oранжевые сны

https://www.youtube.com/watch?v=jXjK5WH5XO8

Oранжевые сны

 

 

 

• 아이작 뉴턴의 사고실험

뉴턴의 대포알 사고실험

뉴턴 3법칙을 확립한 아이작 뉴턴은 운동법칙과 만유인력 법칙의 기틀을 세웠고 이를 합쳐 이론적으로 인간이 땅바닦에서 벗어날 방법을 사고했습니다. 뉴턴은 만일 거대한 대포알을 매우 빠른 속도로 발포하면 그 대포알의 속도에 따라 운동력과 만유인력 사이의 합 격차 때문에 종국에는 지구를 벗어날 수 있을거라는 사고 실험을 했습니다. 문제는 실제로 그 속도의 물체를 만든다는 것이 불가능하다는 것이었습니다.
 
 
 

• 러시아 제국의 천재 과학자 치올콥스키

콘스탄틴 치올콥스키

아이작 뉴턴 이후 오랫동안 인류는 별하늘을 바라보며 이 별하늘에 도달하는 꿈을 꾸었습니다. 그러나 그 누구도 별하늘이 얼마나 높은지 체감하지 못했고 별하늘로 가는 법을 생각하지 못했습니다. 그러나 러시아 제국에서 태어난 한 천재는 그 방법을 스스로 탐구했습니다. 1857년 태어난 콘스탄틴 치올콥스키는 10살 때 선홍열로 청력을 잃었지만 스스로 물리학을 독학하며 검정고시에 합격해 중등교사로 활동했습니다. 또한 우주를 다룬 SF 소설 작가로 활동하는 등 우주에 대한 깊은 관심을 숨기지 않았습니다.

치올콥스키의 비행선

그는 교사로 활동하며 금속제 비행선을 연구했습니다. 그리고 비행선의 비행가능성을 입증하기 위해 풍동을 만들어 바람을 유도하며 실험했고 러시아 제국에서 가장 우수한 유체역학 논문들을 제출했고 인정받았습니다. 그 후 그는 비행선보다 비행기가 더 가능성이 있다 생각해 비행기를 고안했습니다. 그는 비행체는 유선형이어야 한다고 주장했으며 유선형 동체에 대한 유체역학을 훌륭하게 증명하며 유체역학 인재로 부상했습니다.
 
 
 

• 로켓을 어떻게 날리는가

치올콥스키 로켓 아이디어

콘스탄틴 치올콥스키는 유선형을 고집했으며 유선형 안으로 공기를 주입하고 압축해 분사하며 엄청난 반작용을 얻는 제트엔진을 연구했습니다. 동시에 공기가 없는 우주는 어떻게 여행하는지 연구했고 엔진 안에 기체를 별도로 저장하며 이를 연소하면서 분사하는 추진력으로 작동하는 로켓 개념을 구안했습니다. 1903년 처음 로켓 아이디어를 구상했고 점차 정교화했습니다.

치올콥스키 로켓 방정식

동시에 1903년 로켓을 우주로 보내기 위한 이상적인 로켓 운동 방정식을 담아 "치올콥스키 로켓 방정식"을 발표했습니다. 이 방정식은 로켓 비행의 핵심 물리학적 원리를 간단명료하게 나타내는 이론으로 로켓이 우주로 나아가기 위해 필요한 조건을 명확하게 제시합니다. 이 공식에 따르면 로켓이 지구 중력을 벗어나 우주로 가기 위해서는 분사속도Ve가 높거나, 질량이 거대한 로켓M0을 세우거나, 다단계 로켓을 만들어 질량을 변화M(t)시키면 로켓이 우주로 나아갈 수 있다고 증명합니다. 이는 우주로 나아가는 좀더 현실적이고 효율적인 방법을 처음 고안한 공식이며 모든 로켓 작동원리의 기본이 되었습니다.

로켓분리로 더 큰 추진력을 얻는 원리

그래서 그는 여러 작은 로켓을 연결해 M(t) 극대화하고 동시에 로켓을 쌓아 M0를 극대화하는 로켓열차 개념을 제안했습니다. 여러 로켓이 n단으로 쌓인 로켓열차는 일정속도에 다다르면 밑단부터 순차적으로 분리해 질량을 줄여 중력 영향을 감소시키고 동시에 추진력을 얻어 더 빠른 속도로 뚫고 올라가 우주에 다다른다는 결론을 내렸습니다.
 
 
 

• 우주선을 고안하다

치올콥스키 우주선 모델

콘스탄틴 치올콥스키는 여기서 멈추지 않고 사람이 로켓에 타 안전하게 우주로 가는 방법을 고민하고 연구했습니다. 그는 유인우주선의 추진연로는 안전해야 하기 때문에 액체수소와 액체산소를 선택했고 뜨거워진 우주선을 식히는 냉각기도 생각했으며 자이로스코프로 우주선 방향을 감지하고 작은 부스트 엔진으로 우주선을 조정해 우주로 곧바르게 나아가는 방법을 고안했습니다.

치올콥스키 우주왕복선 모델

또한 우주에서 인간이 체류할 우주왕복선 개념도 구상했습니다. 물론 우주왕복선의 경우, 아직 우주공간에 대한 이론적 데이터가 워낙 없던 시기였기에 그저 SF 소설가로서의 상상력에 기존 물리학적 사실을 덧붙여 만든 가상의 개념이었지만 우주에서 우주선 안에만 있는 것이 아닌 독립된 인공물에서 생활한다는 개념을 처음 고안했으며 현재 사용되고 있는 우주왕복선은 모두 치올콥스키의 아이디어를 실현한 것입니다.
 
 
 

• 우주항해학의 아버지

치올콥스키 소설

1903년 "치올콥스키 로켓 방정식"으로 우주에 갈 이론적 방법을 제시한 그는 엄청난 업적을 이뤘지만 불행히도 다른 논문에서 제정을 비판한 점을 꼬투리잡아 러시아 제국의 탄압을 받았습니다. 또한 과학자로서 연구를 하는 동안에도 SF 소설을 집필했는데 이 때문에 러시아 제국 과학자들에게 정통 과학자가 아닌 사이비로 취급받았습니다. 설상가상으로 1914년 정부는 그의 평론 등 논문을 모두 압수했습니다. 이런 열약한 환경에서도 그는 우주에 대한 꿈을 잃지 않았고 SF 소설을 쓰며 우주를 어떻게 개발할지 상상력을 펼쳤습니다.

우주개척 아이디어를 제시한 치올콥스키

1917년 블라디미르 레닌이 정권을 잡고 볼셰비키는 콘스탄틴 치올콥스키를 국가적 영웅으로 칭송했고 그의 신변을 보호하며 적극적으로 활동하도록 아낌없이 지원했습니다. 그 덕분에 그는 중등교사로서 학생들을 가르치고 소련 아카데미에서 우주공학을 교육하며 그가 사랑하던 SF 소설 집필에 매진할 수 있었고 그는 60편이나 되는 그의 소설 속에서 우주를 개척하는 방법을 자세하게 적으며 아이디어를 기록했습니다.

우주개척 아이디어

로켓열차로 우주까지 도달한 후, 다른 행성에 착륙할 때는 작용 반작용을 역으로 이용해 지면을 향해 분사함으로서 추락 속도를 줄여 사람이 안전하게 착지하는 방법을 소설로 묘사했는데 이는 실제로 지금 달과 화성탐사선이 사용하는 방식입니다. 이 외에도 우주와 지구 사이에 엘리베이터를 두는 우주 엘리베이터와 공허한 우주공간에 잠시 머무는 작은 건축물 개념인 우주정거장에 대한 아이디어도 구체화했으며 후대의 많은 기술자들이 그의 아이디어를 실현해나갔습니다. 그렇기에 그는 우주항해학의 아버지로 불리고 있습니다.