영화 ‘인셉션’에서 무중력 배우자!

다른 사람의 꿈을 통해 그 사람이 어떤 생각을 하는지 알아본다는 이야기를 다룬 영화, ‘인셉션’.

색다른 발상과 장면들로 관객들에게 흥미를 준 이 영화의 명장면은 꿈속에 나타난 무중력 상태다.

꿈속이 우주공간도 아닌데 무중력 상태가 된 이유는 무엇일까?

영화 속의 설정은 이렇다.

꿈에서 느끼는 중력은 잠을 자고 있는 상태의 영향을 받는다.

즉,중력이 작용하는 지구에서 자고 있다면 꿈에서도 지구처럼 중력이 작용하고, 우주 공간에서 자고 있다면 무중력 상태가 되는 식이다.

또 하나의 설정이 있다.

꿈에서의 시간은 현실보다 12배 느리게 흐른다는 점이다.

따라서 현실에서 짧게 지나간 무중력 상태가 꿈속에서는 길게 지속된다.

감독이 멋진 무중력 장면을 연출하기 위해 영화에서나 가능한 무중력을 설정했기 때문에 이런 논리는 영화 인셉션 안에서만 통한다.

문제의 장면에서 꿈을 꾸는 주인공들은 강물로 떨어지는 승합차를 타고 있었다.

따라서 주인공들은 운동방향이 지구 반대이면서 공기 저항을 받지 않는 ‘자유 낙하 운동’을 하게 됐다.

이때 주인공들은 중력가속도와 같은 가속도를 받으므로 이들에게 작용하는 알짜힘은 ‘0’이 된다.

무중력 상태가 된 것이다.

순간적으로 이런 무중력을 느끼는 것은 어렵지 않다.

번지점프를 하거나 롤러코스터, 자이로드롭 같은 놀이기구를 탈 때, 엘리베이터가 고속으로 내려올 때, 항공기가 갑자기 하강할 때 잠깐 동안 몸이 가벼워지는데 이것이 바로 무중력 체험이다.

자유 낙하 운동 때 만들어지는 무중력은 우주인 훈련에도 사용된다.

대표적인 것이 미국 항공우주국(NASA)의 무중력 항공기다.

이 항공기는 엔진출력을 최대로 올려 8~9km의 고도까지 올라간 뒤 중력가속도와 같은 속도로 하강해 무중력 상태를 만든다.

하지만 이런 방법으로 만드는 무중력 상태는 몇 십 초밖에 지속되지 않는다.

‘인셉션’처럼 꿈 속의 꿈에 들어가 순간적으로 지나가버리는 무중력 상태를 길게 늘이는 상상을 해본다.

그렇게 된다면 1시간 정도 늘려 놓은 무중력 상태에서 우주인 훈련도 할 수 있고, 우주에 나가지 않고도 무중력 실험을 진행할 수 있게 되지 않을까.

글 : 박태진 과학칼럼니스트 출처 : 카리스쿨(http://www.karischool.re.kr/) “푸른하늘”

영원히 날고 싶은 고고도 항공기의 꿈

저궤도 인공위성은 광범위한 지역의 환경감시와 지상의 변화를 관리하고 추적하는데 매우 효율적이다.

하지만 인공위성을 한 번 발사하려면 많은 준비기간과 발사비용이 든다.

이에 미국 NASA를 비롯해 영국, 일본 등에서는 많은 준비기간과 비용이 필요한 저궤도 인공위성을 대체할 만한 무인비행기 개발에 많은 노력을 기울이고 있고, 실제로 이런 비행기들은 태양의 힘만으로 지금까지 그 어떤 비행기도 도달하지 못했던 비행고도를 무인으로 비행하는데 성공하는 성과를 거두기도 했다.미국의 NASA와 Aero Vironment.

Inc는 저궤도 인공위성을 대체하기 위해 성층권 높이에서 비행하는 고고도 무인기 운용 프로그램 ERAST을 연구했고, 이 프로그램의 테스트를 위해 고고도 무인기인 헬리오스(Helios)가 탄생했다.(※ ERAST : Environment Research Aircraft and Sensor Technology)

헬리오스는 무인 고고도 태양열 비행체로써, 날개 끝에서 끝까지의 길이가 16.9m, 날개폭은 3.6m, 그리고 총중량은 920kg으로 그 크기는 보잉 747의 동체 길이보다 더 길지만 무게는 소형 자동차보다 가볍다.

이렇게 거대한 헬리오스의 날개에는 태양광을 받아 전기를 만들어내는 태양 전지판이 날개위로 6만 2천장이 붙어 있어 하루에 약 40kw의 전기를 만들어 낸다.

그리고 여기서 발생된 전기를 통해 헬리오스는 14개의 프로펠러를 돌려 하늘을 날게 되고, 이때 얻어지는 속도는 시속 30~50km 정도다.

이렇게 느린 속력으로 일반 비행기는 도저히 하늘을 날 수 없지만, 탄소섬유와 케블라섬유, 투명 플라스틱으로 특수하게 제작되어 무척이나 가벼운 헬리오스는 이런 낮은 속도에서도 안정적인 비행과 높은 상승고도를 낼 수 있다.

실제로 헬리오스는 2001년 비로켓추진 비행기로는 최고 고도인 29.5km 상공까지 비행하는 기록을 남겼다.

이 기록은 일반적인 비행기가 비행하는 고도가 10km 인 것을 감안하면 약 3배 이상 높은 고도로 비행한 것이며, 1976년 록히드사가 제작한 고공 정찰기인 SR-71 블랙버드가 세운 25.98km를 뛰어넘는 비행 기록이다.

하지만 헬리오스는 2003년 6월 하와이에서 6개월 이상 비행하는 장시간 시험 비행 테스트 도중 8,000m 상공에서 추락해 시제기 비행체로서의 운명을 마쳤다.

이 사고로 인해 고고도 태양열 비행체의 안정적인 자세 제어 및 효율 높은 태양광전지기술, 그리고 밤에도 낮에 발전을 통해 생산한 전기를 저장하는 연료전지기술 등에 대한 연구 과제를 남기기도 했다.

이 사고 이후 ERAST 프로그램에서는 헬리오스를 대체할 차기 고고도 무인 항공기의 제작은 이루어지지 않았지만 고고도 무인 태양열 비행체의 연구는 NASA를 비롯해 세계 각국에서 여전히 계속되고 있다.

헬리오스에 이어 현재 연구 중인 대표적인 고고도 무인 항공기로는 영국 방위산업체인 키네티크(QineiQ)사가 개발한 무인 비행체 제퍼(Zephyer) 시리즈가 있다.

제퍼 6호(Zephyer 6) 의 경우에는 지난해 8월 무인 항공기로서는 최장시간인 82시간 37분 동안 비행하는데 성공하여 무인기 최장비행 시간 기록을 세우기도 했다.

제퍼 외에도 미국 보잉(Boeing)사에서 개발 중인 HALE과 미 국방고등연구기획청(DARPA)에서 연구 중인 5년간 비행을 지속할 수 있는 벌쳐(Vulture) 프로그램 등이 헬리오스의 뒤를 이어 차세대 고고도 무인 태양열 항공기의 미래를 열고 있다.

이런 고고도 무인 항공기 역시 헬리오스와 마찬가지로 더 가볍고 강항 소재와 초고효율 태양전지, 그리고 성능 좋은 연료전지의 개발 등 많은 문제점을 안고 있긴 하지만, 이런 문제들이 시간이 갈수록 빠르게 해결되고 있어 저궤도 인공위성을 대체할 무인 항공기의 전망이 밝아지고 있다.

이륙하는 헬리오스 (사진출처 : NASA제공) 무인 고고도 태양열 비행체 헬리오스의 비행 (사진출저 : NASA제공)

2009년 9월 24일