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SF / 과학 포럼
SF 작품의 가능성은 어떻게 펼쳐질 수 있을까요? 그리고 어떤 상상의 이야기가 가능할까요?
SF에 대한 가벼운 흥미거리에서부터 새로운 창작을 위한 아이디어에 이르기까지...
여기는 과학 소식이나 정보를 소개하고, SF 속의 아이디어나 이론에 대한 의견을 나누며, 상상의 꿈을 키워나가는 곳입니다.
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현재는 화학식의 -작용반작용 원리를 이용한- 로켓으로 우주 여행을 하고 있지만, 사실 로켓이라는 기술은 우주로 날아갈 때는 그다지 효율적인 수단이라고 보기 어렵습니다.
로켓을 띄워올리려면 추진제가 필요한데(물론 우주라면 추진제를 태울 산소도 필요...) 그 추진제의 중량 만큼 로켓의 중량이 늘어나기 때문이지요. 게다가 로켓의 동체 부분은 결국 쓰고 버려지는 일이 많기에(조금이라도 저렴하고 편하게 보내려고 만든 우주 왕복선도 실제로는 상당 부분을 쓰고 버립니다.) 낭비는 더욱 심해집니다. 때문에 우주 여행자들은 가능하면 체중을 줄이고 연필 하나도 함부로 가지고 갈 수 없는 신세가 되고 말지요. 여하튼 현재의 로켓식 우주 여행 방법은 엄청나게 비싸고 불편하니까요.
실례로 아폴로호를 달까지 보내는데 사용한 새턴 로켓의 중량은 대략 3,000톤. 이중 대부분은 -결국 공기나 우주속으로 사라져 버릴- 추진제의 중량이고 실제로 달까지 날아간 우주선과 착륙선의 무게를 다 합쳐도 불과 십수톤 밖에는 되지 않습니다. (다시 말해 십수톤의 물건을 달까지 날리기 위해서 자그마치 3,000톤 가까운 추진제를 날려 버렸다는 얘기죠.)
게다가 로켓은 날씨나 기타 다양한 요인에 따라 발사가 늦추어지기도 합니다. 발사는 최소한 몇 달 전부터 준비해야 하며 문제가 생기면 연기되기 마련... 실제로 본래는 지난 달 말에 발사 예정이었던 나로호의 발사가 기술적인(정치적인?) 문제로 계속 늦춰지고 있으니 말입니다.
나로호 연기에 우주개발계획 차질 빚나 (아시아 경제 2009.8.10)
이렇게 몇 달에 한 번 힘들게 쏘아 올리는 로켓이나 우주 왕복선에 태울 수 있는 건 고작해야 10명 안쪽... 이래서야 달 기지니 우주 정거장이니 하는 것은 머나먼 꿈이 되겠지요...
애니메이션 <기동전사 건담>에서는 우주세기가 되어 100억에 달하는 사람들이 우주에서 살아간다고 하지만, 로켓을 이용해서 100억 인구의 우주 식민지를 건설하려면 -식량이니 물이니 하는 물품이나 자재나 부품 등을 모두 우주에서 얻는다고 가정해도- 그야말로 상상을 초월하는 비용과 시간이 걸릴 것입니다.
(이만하면 '우주 개발에 들어가는 돈은 낭비다.'라는 말이 나오는 것도 이상한 일은 아니겠지요?)
바로 여기서 로켓 이외의 다른 기술이 요구됩니다. 그것이 바로 "궤도 엘리베이터(우주 엘리베이터)"라 불리는 기술이지요.
[ 나사의 우주 엘리베이터 상상도 ]
이것은 하늘 저 멀리 우주 공간까지 이어진 거대한 엘리베이터를 이용해서 물건을 올린다는 개념입니다. (아래에서 쌓아올리는게 아니라 우주에서 쌓아 내려오는 식으로 만드는 등 여러가지 개념이 있고 개발이나 운용에 대해서도 많은 이야기가 존재하지만 일단은 무시합시다.)
마치 동화 <햇님 달님>에서 하늘에서 내려온 동앗줄을 타고 올라가는 것과 비슷하다고 할까요?
우주 비행의 아버지라 불리는 치올코프스키가 에펠탑에서 영감을 얻어 생각해낸 이 기술은 실제 개발과 관련하여 재질의 문제 등으로 인해(피아노선이나 케블러 섬유조차 궤도 엘리베이터의 재료로는 너무 약합니다.) 환상 속의 그대...나 다를 바 없었습니다. 그러나 1990년대 말 탄노 나노 튜브가 탄생하면서 관심이 높아지고 있습니다.
지난 8월 8일 일본의 치바현의 후나바시에서 열린 우주 엘리베이터 실험기 경기 대회 역시 이러한 관심의 결과가 아닐까 생각해 봅니다.
우주는 엘리베이터로 가는 시대가 될지도? (요미우리 신문(일본어) 2009년 8월 8일자)
우주 엘리베이터 협회에서 개최한 이 행사는 엘리베이터를 이용해서 하늘에서 늘어뜨린 리본을 타고 올라가는 것을 경쟁한 대회로서, 일본이나 독일의 대학생 팀 등이 참여하여 흥미로운 자리가 되었다고 합니다.
협회의 오오노 슈이치(大野修一)은 "우주 엘리베이터의 경기 대회는 일본에서는 처음."이라면서 "우주 엘리베이터의 개발에 연결되는 뜻 깊은 행사였다."고 했다고 합니다.
사실 이 행사에서 진행한 것은 당연히 '우주 엘리베이터'는 아닙니다. 고작해야 150m 상공에서 늘어뜨린 동앗줄(케이블)에 지나지 않고 사람이 타거나 할 수는 없으니까요. 우주 엘리베이터의 건설에는 케이블을 타고 올라가는 엘리베이터 구조보다는 우주에서 늘어뜨리는 케이블의 제작이 더 중요하다는 점도 무시할 수 없습니다. (사실 현 시점에서는 탄소 나노튜브를 안정적(쓸만한게) 만드는 부분부터 시작할 필요가 있습니다.)
하지만, 이런 대회에 대학생 등 민간인들이 참여한다는 사실만으로도 우주 개발, 그리고 우주 엘리베이터에 대한 사람들의 관심을 느끼게 해 줍니다. (혹시 압니까? 저 중에서 정말로 우주 엘리베이터 개발에 뛰어드는 사람이 있을지?)
[ 엘리베이터 장치를 올리는 대학생들 ]
자... 일본에서는 로켓을 넘어 민간 차원의 궤도 엘리베이터 실험이 진행되기도 합니다. 하지만, 우리나라에서는 어떤가요? 고작해야 '물로켓' 정도가 우리네 민간에서의 '우주 개발 실험'입니다.
그런 점에서 일본은 우리에 비해 많이 발전해 있을 뿐만 아니라, 과학에 대한 민간의 관심도 훨씬 큰 것이겠지요?
궤도 엘리베이터는 이론적으로 적도 상에 배치해야 하는 만큼 우리나라에서 직접 사용할 일은 없을 겁니다. 하지만, 언젠가는 우리 역시 이를 이용해서 우주로 날아갈지도 모르는 일인 이상 관심을 이어나가길 바랍니다. 언젠가 최소한 우리 손으로 엘리베이터 개발을 할 수 있는 날이 올지도 모르고, 우주 엘리베이터야 말로 우주라는 신천지로 향하는 "천국의 샘"일테니까요.
추신) 우주 엘리베이터의 개발 이야기는 아서 c 클라크의 <천국의 샘>이나 근래에 나온 <초인 로크 겨울 무지개> 등에서 접할 수 있습니다.
[ 서서히 위로 올라가는 엘리베이터 장치 ]
[ 엘리베이터 장치가 하늘을 향해 올라간다. ]
[ 150m 높이 풍선이 띄워져 있는 상한까지 올라간 엘리베이터 장치. ]
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과거를 아는 이는 현재를 이끌어가고 미래를 알 수 있다고 합니다.
역사와 SF... 어딘지 어울리지 않을 듯 하지만, 그럼 점에서 둘은 관련된게 아닐까요?
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매스 드라이버를 이용한 우주 여행 기술은 아직 실용화되지 않았지만, 대포를 이용해서 위성을 띄우는 연구는 실제로 진행 중입니다.
(대포 같은 것을 이용해서 무언가를 우주로 쏘아 올리는 기술은 이미 쥘 베른의 <지구에서 달까지>에서 등장한 일이 있지요.)
이전에 이라크에 고용된 학자가 위성 궤도에 물체를 쏘아 올릴 수 있는 슈퍼건이라는 기술을 연구하고 있었는데, 그 기술을 초대형 탄도포로 활용할 것을 우려한 이스라엘 정보부에서 학자를 암살하는 바람에 무산되기도 했지요. 미완성된 슈퍼건은 걸프전 이후 다국적군이 이라크군을 사찰할 때 해체했습니다.
하지만, 지금도 대포를 이용해서 위성체 등을 쏘아 올리는 기술을 연구하고 있습니다. 하지만 문제는 대포나 매스드라이버 등을 이용한 궤도 여행 방식이 매우 제한적이라는 것입니다. 우선 사람을 태우기는 힘듭니다. 발사시의 충격이 너무 세거든요. 게다가 위기 상황에 대처할 방법이 없고... 쏘아 올릴 수 있는 크기나 중량도 한정되어서 통신 위성 정도가 한계이지요.
질량 추진 방식의 우주 여행 기술은 지구처럼 중력이 강하고 대기권이 두터운 지역에서는 그다지 효율적이지 않습니다. 중력이 큰 만큼 빠른 속도로 날려 보내야 하는데 속도가 빠를 수록 공기의 저항이 심해져서 에너지 낭비가 심해지죠.
하지만, 달처럼 중력이 약하고 대기층이 없는 곳에서는 매우 유용한 운송 수단이기도 합니다. 그래서 일찍부터 여러 작품에서 달의 매스드라이버를 이용해 지구로 자원을 수송하는 이야기가 나오곤 했지요. (<드래고너>에서는 매스 드라이버로 지구에 폭격을 가합니다.)
제럴드 불박사가 제안한 슈퍼건은 후세인의 지원을 받아 예루살렘을 목표로 이라크에서 건조되고 있었죠...
뭐, 궤도로 올릴 수 있는 중량이 제한되고 상당한 내구도를 요하기는 하지만 값싸게 위성을 쏘아올릴 수있는
가능성에 후세인이 관심을 가졌다고는 하지만 실제로 사용된 적은 없으니 아직은 미지수입니다.
PS1 사정거리가 수백킬로 미터에 달하는 슈퍼건이지만 기본원리는 간단한게 1,2차 대전당시 나온
파리포등의 초 장거리 포에서 나타는 물리적 한계로 인한 포신길이 제한을 지중에 터널을 파서 돌파하고
추진용 폭약을 초반에 1번 폭팔시키는 것이 아닌 포신 중간에 추진용 폭약을 설치해서 순차적으로 점화해
가속에 가속을 가하는 방식입니다.
PS2 한때 북한에서 서울을 노리고 슈퍼건을 만들고 있다는 설도 있었습니다.
궤도 엘리베이터가 만들어진다면 번개는 모르겠으나 바람이나 태풍은 별로 문제가 안된다 합니다. 만들어질 궤도엘리베이터의 강도는 지구의 기후가 어찌할 수준이 아니라네요. 3000km 에 달하는 케이블이 스스로의 무게를 지탱할 정도인데 최하단 몇십키로미터 위치에서 바람 좀 부는건 문제가 안된답니다.
궤도 엘리베이터 디자인에 관해선... 말단부에 거대 구조물이 있다면 도움은 되지만 아예 아무것도 필요없는 디자인도 있습니다. 심지어 케이블을 배에 연결해서 해상에서 이리저리 끌고 다니는 구상도 있으니까요.
엘리베이터가 내부형이 되느냐 외부형이 되느냐 하는 문제는, 구조물의 규모에 달렸겠죠. 만들어진다면, 첨엔 외부형이 되지 않을까요?
제아무리 탄소나노튜브라고 해도 결국 한개의 defect이나 dislocation 이라도 허용한다면 그것들이 모여 void가 되고 void가 뭉쳐 crack으로 발전하고 crack이 뭉쳐서 결국은 파단으로 가다보면 응력집중에 의해 매우 비극적인 사고를 면치 못하리라 생각이 됩니다. 더군다나 궤도수준의 높이에서는 엄청난 힘이 걸리겠지요. 그런 면에서 아직 궤도 엘레베이터의 상용화는 요원하다고 볼 수 있겠죠 ㅜㅜ 우주항공공학에 있어서는 비용과 재료의 한계가 발전을 가로막고 있는지도 모르겠습니다. 저도 이 내용에 대해 잡설 비슷하게 쓰려고 생각하고 있었는데 좋은 글 잘 읽고 갑니다 :)
저는 기술적 문제 이전에 좀더 근본적인 부분을 지적하고 싶은데 말입니다.
지구에 궤도 엘레베이터를 만들 만큼의 '자원'이 충분 합니까?
제가 알고 있는 빈약한 지식을 바탕을 근거로 저는 궤도 엘레베이터에는 '궤도 륜'이 필수라고 알고 있지 말입니다. 뭐 카더라 통신이니 만큼 정보의 소스를 말할수는 없습니다만... 궤도 엘레베이터도 어마어마한 양의 자원을 필요로 하는데, 지구 전체를 두를 궤도 륜까지 건설하려 한다면 얼마나 많은 양의 자원이 필요로 할지 상상조차 할 수 없군요.
궤도 엘레베이터를 만들기 위해서는 적어도 외우주에서 자원행성을 끌어오는 수준까지 과학이 진보해야 할 것 같습니다. 물론 100년 200년 단위로는 꿈도 꾸지 못하겠지요.
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궤도 엘리베이터를 여러개 만들다 보면 속칭 '지구환'이라는 형태의 거대한 띠를 만들 수는 있겠지요. 하지만, 궤도 엘리베이터를 완성하는데 있어 지구 주변을 완전히 두를 필요는 없습니다. (아니, 도리어 좋지 않습니다. 왜냐하면 지구의 중력은 -설사 같은 적도면이라고 해도- 모든 지점에 걸쳐 조금씩 다르고, 그만큼 가해지는 힘 등이 차이가 있기 때문에 여러 개의 궤도 엘리베이터를 연결했을때 도리어 큰 힘이 걸릴 수 있기 때문이지요. 기술이 발전한다면 그 문제도 물론 해결될 수 있겠습니다만...)
궤도 엘리베이터의 제조에 필요한 탄소 나노 튜브는 우주의 자원으로 충분히 활용할 수 있을 것입니다. 소행성 하나 정도면 문제 없지 않을까 생각되는군요. 탄소 나노 튜브의 케이블은 매우 가늘고 가볍기 때문에 실질적인 중량은 생각보다 작습니다. 즉, 자원의 양도 생각만큼 많지 않다는 말이지요. (나사의 계획에서는 케이블이 외부에 노출되어 있는 형태로 별도로 이를 둘러싼 구조물은 세우지 않습니다. 구조물을 세우면 그만큼 사고시에 재앙에 가까운 피해(거의 핵겨울 수준?)를 안겨주겠지만 케이블만이라면 설사 그 케이블이 끊어져서 땅에 떨어지더라도 손상은 크지 않습니다. 케이블은 리본처럼 얇고 폭이 넓어서 비교적 천천히 떨어지게 되지요.)
추가로... 설사 지구환이나 궤도륜을 만든다고 해도 그 자원의 양은 '자원 행성' 정도에 미치지 않을 것입니다. 토성의 고리를 이루는 물질을 다 합쳐봐야 어지간한 크기의 소행성 정도 양 밖에는 되지 않습니다. 지구환이건 궤도륜이건 지구에 비하면 그야말로 원자 단위의 실이나 다를 바 없는 크기라서 그 부피도 대단치 않은 것이지요.
궤도륜은 필수가 아닙니다. 그리고 심지어 총 무게 백여톤 짜리 경량 엘리베이터도 가능합니다.
그리고 표도기님 말씀하신 계획안에 관해 추가 하자면, 대기권 밖에서 떨어져내리는 케이블의 경우는 그냥 타버리게 됩니다. 대기권 내의 케이블의 경우는... 리본체조 할때 리본이 떨어져 내리는걸 상상 하시면 되겠구요. 그리고 이걸 다시 띄엄띄엄 여러 줄을 늘어트려서 몇가닥이 끊어지더라도 서로 백업하도록 설계 한답니다.
전부 끊어진다 해도 몇가지 안전장치를 추가 한다면 끔찍한 재앙은 면할 수 있습니다. 일단 궤도 엘리베이터 자체는 정지궤도 반대편에 무게 추를 두면 적당히 조절 해서 무게중심을 맞출 수 있습니다.(정지 궤도 스테이션을 중심으로 반대편에 케이블을 늘어트려도 가능) 전체의 붕괴는 막을 수 있는거죠. 봉을 들고 외줄 타기 하는 사람을 상상 하시면 되겠습니다. 중심은 정지궤도 스테이션이구요. 그리고 엘리베이터 칸 하나하나를 궤도 진입 모듈로 만들면 끊어진 위치 아랫 사람들도 보호가 가능하게 되죠.
궤도 엘리베이터... 만든 자원은 있는 건가요? 뭐.. 공학자들이라면... 그냥 만들면 된다, 기술적으로 안될건 없다 하지만...;; 결과적으론, 그것을 만들 자원이.. 문제가 될듯...;;
근데 엘리베이터를 만들어 올리는데 드는 에너지가 로켓을 올리는데 필요한 에너지보다 매우 저렴한지 궁금하네요. 그런 자료들은 잘 안 구해 지는듯...
자원에 대해서는 제가 올린 댓글에 달려있는 답글들을 보시고...
가격은 저렴할 수 밖에 없습니다. 로켓을 만드는데 들어가는 비용도 천문학 적이고, 그것을 날리기 위해 들어가는 추진제의 가격도 굉장하기 때문이죠. 하지만 그렇게 어마어마한 비용을 쏟아 붙더라도 실제로 날려 보낼수 있는 질량에는 한계가 있습니다. 배보다 배꼽이 크다는 말이 아주 잘 어울리는 경우죠.
반면 궤도 엘레베이터는 초기비용이 나라 몇개는 우습게 말아먹을 수준의 비용이라 문제지, 우주개발이 활발하게 진행된다면 투자비용은 금방 회수할 수 있을 정도로 저렴합니다. 아무래도 사용되는 에너지는 기본적으로 '전력'뿐이니까요. 궤도 엘레베이터가 완성될 즈음의 미래라면 에너지 효율도 좋아질 것이고, 여기저기서 에너지를 뽑아낼 수단을 만들어 낼 수 있겠지요.
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맞습니다. 궤도 엘리베이터는 초기 투자비는 높지만 금방 제값은 뽑을 수 있죠.
굳이 비교하자면 강을 배로 건너는 것과 다리를 놓아서 건너는 것의 차이가 될까요?
다리를 놓는데 들어가는 비용은 배 몇 척보다 비싸지만...
한편, 궤도 엘리베이터의 전력은 여러가지로 쉽게 얻을 수 있습니다. 우선 우주에서 태양 전지를 이용해 얻는 방법이 있고, 실제의 엘리베이터나 에스컬레이터와 마찬가지로 위에서 내려갈 때 발전기를 작동시키는 것도 가능하지요.
이론적으로는 -발전 효율에 따라 다르긴 해도- 전체 전력의 절반 이상은 엘리베이터를 내려 보내는 것으로 얻을 수 있다고 합니다.
(만일 우주에서 물건을 생산해서 지구로 내리는 일이 더 많다면 도리어 발전기 역할을 할지도 모릅니다.^^)
물론 사고 등의 문제를 고려할 때 운용비가 적지는 않을 겁니다. 다리나 고속도로 역시 관리하는데 들어가는 비용이 적지 않은 것처럼 말이지요. 하지만, 궤도 엘리베이터라면 충분히 그만한 가치는 있을 겁니다.
당장 생각해 보아도 무중력 공간인 우주에서만 생산할 수 있는 상품을 내리는 것 만으로 엄청난 수익을 기대할 수 있을테니까요.
또한, 궤도 엘리베이터 같은 기술은 극소수의 사람들이 우주의 혜택을 독점하는 것을 막고 더 많은 이들이 혜택을 얻을 수 있게 해 줍니다.
서울에서 미국 가는 비행기 값 정도로 우주 여행을 즐길 수 있고, 진공에서 만든 "우주 화장품" 같은 것이 금값이 아니라 어지간한 사람도 살 수 있는 가격으로 떨어질테니까요. 인류의 밝은 미래를 위해서도 궤도 엘리베이터는 필수적인 물건이겠지요.
현재 우주왕복선의 경우 낭비되는 파트를 예로 들자면 우주로 올라갈 때 사용되는 추진재 용기일 것 같습니다. 만약 엘레베이터를 사용하면 이 용기가 필요없어지겠죠. 그러나 엘레베이터를 쓰던 기존의 방법을 쓰던 우주선을 궤도에 올리기 위해서 우주선에게 주어야 할 에너지는 같을 것입니다.
그럼 여기서 엘레베이터의 장점을 생각해 보자면 일단 추진재 용기가 필요없다는 점일 것입니다. 그만큼 절약이 되겠죠.
두번째는 현재 방법대로 액체연료를 연소시켜 추진력을 얻는 것은 연소과정에서 나오는 열에너지로 인해 에너지 효율이 좋지 않습니다. 따라서 만약 궤도 엘레베이터를 전기를 이용해서 가속을 시킨다고 생각하면 효율이 극대화 되겠죠.
하지만 여기까지 보자면 매스드라이버에 비해 궤도 엘레베이터가 가지는 장점이 무그다지 부각되지 않습니다. 매스 드라이버를 이용해서 (만약 전자기력에 의한 추진방식이라 생각한다면) 에너지 효율이 궤도 엘레베이터에 비해 나쁠 것이 없고 매스드라이버의 레일 길이를 충분히 길게 만들어서 서서히 발사체를 가속 시키면 탑승자가 느끼는 가속도도 충분히 작게 만들 수 있을 것입니다. 거기다가 수직으로 만들어야 하는 궤도 엘레베이터에 비해 수평하게 만들면 되는 매스드라이버는 공학적인 면에서도 접근하기 쉽다고 생각할 수 있을 것 같습니다.
물론 궤도 엘레베이터가 매스 드라이버와 비교했을 때 장점이 전혀 없는 것은 아닙니다. 매스드라이버의 경우 일단 활주로를 이륙한 다음에 우주기지까지 탑승자를 대려다 줄 발사체가 필요하지만 궤도엘레베이터의 경우는 특별히 발사체가 필요하지 않습니다. 또한 궤도 엘레베이터 내부를 진공으로 만들 수 있다면, 혹은 공기가 적절히 순환되도록 만들 수 있다면 매스드라이버를 출발한 발사체가 겪을 공기저항을 덜 느끼게 되면서 에너지를 절약할 수 있을 것입니다. 이런 장점이 있는 엘레베이터이지만 그것을 만들기 위한 공학적인 어려움이 있기 때문에 매스드라이버가 더 각광을 받을 지도 모릅니다.
물론 이론적으로 궤도 엘레베이터의 운영에 드든 에너지를 거의 0에 가깝게 만드는 방법 도 있을 것입니다. 즉 우주기지에서 낙하한 엘레베이터의 운동에너지를 적절히 저장했다가 엘레베이터가 다시 우주기지로 가기 위해 필요한 에너지로 활용하는 방법입니다. 이런 방법을 사용할 수 있으면 에너지 적인 면에서 매스드라이버와 비교가 되지 않을 수도 있습니다. 한발 더 나아가서 지구의 반대편 까지 이어지는 굴을 뚫을 수 있다면 그 내부를 물체는 아무런 에너지 공급없이 왕복운동 할 수 있으므로 이러한 방법을 이용해 엘레베이터를 설계할 수도 있을 것입니다.
위에서는 에너지 측면에서 궤도엘레베이터를 비교설명해 보았지만 실질적으로 에너지 측면 보다 궤도엘레베이터 설계 자체게 지금은 상상도 못할 여러 난제가 숨어있을 것입니다. 그리고 그런 난제를 해결해 나가는 시점에서는 더 획기적인 아이디어가 제시 될 지도 모릅니다.
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우주 엘리베이터와 로켓의 차이를 생각할 때 가장 큰 차이점은, 우주 엘리베이터는 '추진제'가 필요하지 않다는 것입니다.
조금 더 간단하게 말하자면 로켓은 쏘아올리기 위해 추진제가 필요한데, 그 추진제의 중량 만큼 더 많은 추진제가 필요합니다.
그렇기 때문에 낭비가 심하지요. 지구처럼 중력이 강한 행성에서 쏘아올릴 때는 더욱 엄청납니다.
앞서도 이야기했지만, 새턴V 로켓의 중량 중 대부분이 추진제의 무게니까요.
궤도 엘리베이터는 추진제를 쓰지 않습니다. 그렇기 때문에 훨씬 적은 에너지로 우주까지 보낼 수 있습니다.
한편 매스 드라이버 역시 추진제를 쓰지 않지만, 지구처럼 중력이 강한 곳에서 쏘는데는 많은 제약이 있습니다.
우선 처음부터 중력 탈출 속도를 내야만 합니다. 그만큼 충격이 강해지게 마련이며 이로 인해 사람을 태우기는 힘듭니다.
(가속도를 낮게 해서 발사할 경우 대기권을 통과하는 거리가 늘어나서 그만큼 에너지 소비가 커집니다.)
게다가 중량이 무거워지면 그만큼 매스 드라이버의 위력도 강해져야 합니다.
매스드라이버와 궤도 엘리베이터는 이론적으로 같은 양의 동력을 사용합니다. 하지만 그것은 어디까지나 이론적인 문제...
실제로는 레일건 방식이건 화학식의 대포건 궤도 엘리베이터에 비해 에너지 낭비가 심해서, 궤도 엘리베이터에 비해 더 많은 에너지가 필요합니다. 작동시에도 문제지만, 속도가 빠를수록 공기 저항이 심해서 에너지가 낭비되는 것을 무시할 수 없기 때문이지요.
게다가, 궤도 엘리베이터에서는 내려올 때 발전기를 돌려 에너지를 저장할 수 있으니, 최소한 몇 배 효율이 좋습니다.
(우주에서 태양광 발전기를 돌려서 직접 공급하는 만큼 에너지 생산 자체도 이점이 높지요.)
매스드라이버의 문제는 이뿐이 아닙니다. 매스드라이버는 기본적으로 대포와 같습니다. 그리고 대포와 같다는 말은 자체적인 추진 장치가 없으며 정해진 곳에 정확하게 명중시키기 어렵다는 말이기도 하지요.
잘못 날아가거나 할 때 이를 보정하려면 별도의 추진 장치가 필요하고, 심지어는 궤도에 도착하지 않았을 때를 대비한 여러가지 안전장치가 필요합니다. 궤도 엘리베이터도 만약의 사태에 대비하여 지구 궤도에 돌입할 수 있는 능력을 가져야 겠지만, 이를 위해 필요한 것은
매스 드라이버의 '탄환'에 장비해야 하는 만큼의 안정 장치에 비하면 훨씬 적은 공간과 중량으로 충분합니다.
무엇보다도 매스 드라이버와는 달리 궤도 엘리베이터의 장치들은 완전 재활용품이며 좀 더 만들기 편합니다.
(매스 드라이버의 탄환은 발사시의 강한 충격에 버텨야 하는 등 여러가지 문제가 있어 재활용이 어렵고 제작비도 올라가게 마련입니다.)
이런 여러가지 점에서 -몇가지 안전 상의 문제를 제외하면- 궤도 엘리베이터 쪽이 압도적으로 유리하다는 것을 생각할 수 있습니다.
결국 언제가 될지는 모르겠지만, 인류가 우주를 자유롭게 왕래하게 된다면 궤도 엘리베이터가 그 주역이 되겠지요.
과연...여러가지로 궤도 엘리베이터 쪽이 유리하군요. 매스 드라이버는 중력이 약하거나, 대기와 같은 방해물이 적은 곳이
아니면 사용하기 불편하고, 예상하기 어려운 문제도 있는 듯하고...조금 아깝군요. 그렇다고 발사체에 자체 추진이 가능하
도록 만든다고 하면 또 중량이 늘어나고 여러가지로 골치 아프니......
그런데 궤도 엘리베이터는 몇가지 문제만 해결하면 빠른 시간 안에 실용화가 가능할 것 같군요. 안전이라든지 여러가 점
검하고, 실험해봐야 하는 부분이 있을테니 민간에서도 사용하는 것은 어렵겠지만 비교적 실용화하기 쉬운 듯합니다. 지구
에서 매스 드라이버를 만든다고 생각해보면 대기권이나, 중력 때문에 발사용 레일의 규모가 저절로 커질테고, 레일이 커
지는 만큼 만드는 건설비용이 장난 아니게 나올듯하기 때문에 모든 기술을 갖추고 있어도 만들기를 주저하게 될텐데 궤
도 엘리베이터는 상대적으로 기술만 갖추면 듬방 만들 수 있을 것 같아요.
궤도엘레베이터가 다른 방법들에 비해 가지는 압도적인 장점에 대해서는 동의합니다. 단 압도적인 단점 역시 동시에 존재한다는 것이 제 생각입니다.
그 단점은 바로 건설에 필요한 기술적인 면이죠. 대기권 위에까지 다다를 수 있도록 높은 엘레베이터를 허공에 만들려면 굉장히 큰 기술적 문제들에 직면할 것입니다. 일단 건설 과정이 문재고, 건설을 끝냈다 져도 그 유지가 문제입니다. 궤도엘레베이터를 유지하는데 있어 가장 큰 버팀목은 지구를 따라 회전하는 엘레베이터 자체의 원심력일 것입니다. 엘레베이터의 무개에 해당하는 원심력이 필요하겠죠. 이론적으로 이것은 어렵지 않습니다. 궤도엘레베이터 꼭대기에 커다란 정거장을 만들어 주면 됩니다. 그런데 문제는 장력에 있습니다. 직렬 연결된 용수철에 100N 의 무개를 가지는 상자를 매달면 모든 용수철이 100N의 장력을 견뎌야 하죠. 궤도 엘레베이터도 마찬가지 입니다. 그 길이가 길어지면 길어질수록 각 부위가 견뎌야 하는 장력은 그 길이에 비례해서 증가할 것입니다. 이런 어마어마한 수직적인 힘을 견딜 수 있는 구조체를 설계하는 것은 굉장한 도전이 될 것 같습니다. 그리고 이런 수직적인 힘 보다 더 큰 문제는 수평적인 힘에 있다고 봅니다. 대기권 내의 공기의 흐름에 의해 엘레베이터는 지표면에 수평방향으로 힘을 지속적으로 받게 될 것입니다. 동화에 나오는 동아줄이라면 좌우로 흔들리면 그만이겠지만 궤도엘레베이터의 경우 그럴 경우에 엘레베이터의 운행에 문제가 생길 것이고 꼭대기에 위치한 우주정거장의 궤도를 지속적으로 바꾸려 들 것입니다. 그렇다고 엘레베이터를 단단히 고정하여 움직이지 않게 할려면 이는 엘레베이터의 총 무개를 견디는 것 보다 훨씬 더 어려운 일이 될 것입니다.
또한 추진제는 필요 없지만 전기에너지는 필요할 것입니다. 그런데 이런 전기에너지를 공급받을려면 궤도엘레베이터를 따라 전선이 위치하여 전류가 흘러야 하는데 이 전류와 지구자기장 사이의 간섭으로 인해 생기는 로렌츠 힘도 구조체에 부담을 줄 수 있을 것 같습니다.
따라서 에너지만을 오려했을 때는 도저히 매스드라이버 등을 궤도엘레베이터와 비교하는 것이 불가능하겠지만 건설에 필요한 난제들을 생각해 보았을 떄는 비교가 가능하지 않을 까 합니다.
또한 매스드라이버의 경우 레일건 방식을 사용한다면 추진력을 얻기 위해 연료통 대신 전기에너지를 사용하기 때문에 낭비되는 부품은 로켓 방식에 비해서는 적어질 것 같습니다. 그런데 생각해보니 레일건 방식은 레일을 떠나면 더이상 강한 추진력을 얻기 힘드니 초기에 굉장한 속도를 가져야 하고 그러기 위해서는 사람이 견뎌야할 가속도가 로켓 방식에 비해 클 수도 있다라는 말씀은 맏는 것 같습니다. 그렇다면 매스드라이버와 로켓 방식을 혼용해서 쓰는 방법도 있을 것 같습니다.
매스드라이버로 쏘았을때 원하는 곳으로 날리는 것은 현재 로켓방식으로 우주에서 두 우주선이 랑대뷰 하는 것을 보면 이미 해결이 된 기술이 아닌가 싶습니다. 물론 우주선에 약간의 궤도 수정용 연료를 싣는다면 말이죠.
떠오르는데로 제 생각을 적어 보았는데 헛점도 많을 것 같네요.
그래도 뭔가 토론할 수 있다는게 즐거워 길게 적어 보았습니다.
![profile](http://www.joysf.com/files/member_extra_info/profile_image/031/026/26031.jpg)
궤도 엘리베이터의 가장 큰 난관은 말씀하신 케이블 문제입니다.
케이블의 길이가 길어질수록, 그 자체의 무게도 그에 비례해 증가하는데,
그 자체의 무게를 버틸 만한 소재가 거의 없다는 것이 문제가 됩니다.
철이나 강철류, 기타 비철합금 중에서는 이에 적용할 수 있는 소재가 없습니다.
따라서 연구한 것이 탄소나노튜브였지만, 아직까지 실험실 수준에서 벗어나지는 못하고 있는 상태죠.
하지만 대기에 의한 수평적 힘은 별로 고려하지 않아도 좋을 것 같습니다.
적당히 흔들리는 것이 오히려 더 부담을 더는 방법이 될 수도 있겠죠.
케이블이 항상 직선이어야 할 이유는 없습니다. 엘리베이터가 그 선을 따라 오르내릴 수만 있으면 되니까요.
그리고 로렌츠 힘이 부담이 될 정도라면 애초에 궤도 엘리베이터 자체를 만드는 것이 불가능할 겁니다.
아무리 강한 힘이 발생한다고 해도, 거기서 발생하는 힘은 태풍보다는 작으리라 생각합니다.
매스드라이버는 현재의 로켓 추진에 비해 물리적으로 필요한 부피는 줄어들지 몰라도
그에 가해지는 힘은 오히려 더 늘어날 가능성도 배제할 수 없습니다.
가장 문제가 되는 것은 지구의 두꺼운 대기층입니다. 이 대기층을 돌파하려면 엄청난 운동에너지가 마찰로 소모됩니다.
여기서 발생하는 마찰열을 버틸 만한 합금 재료는 거의 없습니다. 우주왕복선이 괜히 세라믹 장갑을 사용하는 것이 아니죠.
어쨌든 이러한 최초 사출에 필요한 에너지를 공급하기 위해 필요한 전력량은 상상을 초월한 것이 될 가능성이 높습니다.
레일 길이에 따라 달라지겠지만 사출 탄환 내부에 있을 전자부품을 보호하기 위한 차폐막이 별도로 필요할 것은 확실합니다.
우주에 제대로 진출하기 위해서, 궤도 엘리베이터는 필수적인 관문이라고 생각합니다.
이런 저렴한 운송수단이 없다면 우주 개척은 언제까지고 꿈으로 남을 수밖에 없겠죠.
다른 모든 나라의 국방력을 합쳐도 미국의 반도 못 따라간다는 먼치킨 미국도.
우주 개발은 고사하고 유지 보수에 필요한 자금을 대는 것만으로도 벅찰 지경입니다.
결국 궤도 엘리베이터가 실패한다면 지구인의 우주 진출은 완전히 실패하거나, 매우 오랜 시간이 걸릴 공산이 큽니다.
매스드라이버의 경우 말씀하신데로 완성된 궤도엘레베이터에 비해 단점이 훨씬 많을 것 같습니다.
그러나 궤도엘레베이터를 완성하기 위한 기술이 갖추어지기 이전 단계에서 현재 로켓시스템을 보안하는 정도로 활용을 해볼 수 있지 않을까 싶습니다. 우주선에도 로켓을 설치하되 그 로켓을 점화하기전에 일단 매스드라이버를 이용해 일차 추진력을 얻고 그 후에 우주선내부의 로켓을 점화하여 우주로 나아가는 것이죠, 그렇게 하면 매스드라이버만으로 초반에 탈출을 위한 속도를 얻을 필요가 없어지고 현재 우주왕복선을 발사 할 때 쓰고 버려야 하는 커다란 연료통 3개를 대체하는 효과가 있지 않을 까 싶습니다. 그것은 우주왕복선 자체만을 이용한다는 뜻이 되니까 한번 쓰고 버려야 하는 부품이 줄어드는 효과를 가져올 것 같습니다. 단순히 일차추진을 얻기위한 매스드라이버라면 좀 과장해서 말하면 현재의 우주왕복선에 추가적인 2차 추진력을 위한 로켓만 내부에 장착한다면 바로 사용할 수 있지 않을 까 싶습니다. 결과적으로는 현재의 우주발사체의 개념과 크게 다르지 않다는 이야기 입니다. 물론 현재 우주왕복선이 가지는 단점을 그대로 계승하겠죠. 마찰열 때문에 파괴되는 세라믹 장갑등이 그것이죠. 우주에 갔다 올 때마다 손봐야 된다고 하죠? 이른 장갑을 영구적으로 만드는 것은 궤도엘레베이터 케이블 강도를 높이는 문제보다 더 쉬울지도 모르겠습니다.
그리고 엘레베이터를 위해 아주 가늘어 밀도가 작지만 강도는 강한 케이블만을 사용한다면 크 표면적이 매우 작아서 태풍보다 로렌츠 힘이 더 크게 작용할 가능성도 있습니다. 케이블은 가늘어져도 사람을 수송하기 위해 필요한 전류공급은 줄어들 수 없기 때문이죠. 그런데 이렇게 케이블만을 우주로부터 늘어트려 놓는 것은 위험한것 같습니다. 그 케이블을 타고 올라가는 엘레베이터를 보호할 수 없기 때문이죠. 그래서 마치 바벨탑 처럼 우주까지 뻗는 탑을 쌓는다면 그렇다면 이런 건물이 대기의 영향으로 수평으로 흔들리는 것은 현재 고층빌들에게 허용되는 흔들림에 비해 규모가 다를 것 같습니다. 그렇다면 이런 큰 규모의 흔들림을 수용하는 쪽으로 건물을 설계할 것이냐, 아니면 적당히 저항하기 위해 건물 강도를 더욱 높일 것이냐 하는 문제가 있을 것 같습니다.
궤도엘레베이터를 만들기 위해서라도 지금보더 효율적인 우주로의 운송수단이 필요할 것이고 따라서 꼭 매스드라이버가 아니더라도 좀더 달성하기 쉬운 운송수단의 진보가 필요하지 않을 까 싶습니다. 즉 궤도엘레베이터가 일차 목표가 되기는 어려울 것 같습니다.
궤도엘레베이터를 위해 매우 높은 강도의 재료를 개발한다면 그것을 매스드라이버에서 고속사출 하기 위한 탄환으로 먼저 사용할 수도 있을 것이구요 ^^
어찌 보면 매우 유치한 생각입니다만, 만약 그 궤도 엘리베이터가 무너진다면 너무나 큰 피해가 일어날 것 같네요. 자연적인 힘 말고도 인공으로 누군가 붕괴라도 시킨다면, 여러국가에게 큰 피해가 발생하지 않을까요?
우주엘리베이터, 즐거운녀석이지요.
앞서 다른분이 말하셨듯이, 땅에 묶어두지 않고 공중에 둥둥 떠다니는 우주엘리베이터는 어떨까 하는 생각이 드네요. 적도를 따라 지구를 일정한 속력으로 공전하는거지요.
비록 이용시 비행기->도킹이라는 거추장스러운-그리고 탑재체의 중량 및 부피 제한이 커지는-방법이긴 하지만, 이렇게나마라도 있으면 좋을것같습니다. 물론 그것ㄷ보다 땅에다 묶어두는게 더 낫다면 좀 슬퍼지지만요
많은 분들이 본문의 [ 나사의 우주 엘리베이터 상상도 ]같은 궤도 엘레베이터를 상상하시는거 같은데 실제로는 케이블이 너무 얇아서 그냥 천천히 아무것도 없는 공중을 올라가는 모양새가 되지 않을까 하네요. 제가 평소에 상상하던 궤도 엘레베이터는 눈에 보이지도 않는(CNT얘기만 듣다보니..) 실을 우주선으로 갖고 올라가서 늘어뜨리면 수십일 후에 지면에 닿는 거였는데..
이 우주 엘리베이터라는 물건을 어떻게 만들어야할지 매우 궁금하지요. 줄을 늘어트리는 정도로는 당연히 끝나지 않을테고, 결국 궤도까지 올라오는 초고층 건축물을 만들어야하는데......아무래도 엘리에비터를 만들기 위한 '소재'와 보다 발달된 '구조'가 필수적이겠죠. 적도에서는 바람이 거의 안분다고 하니까 거기에 둔다고 치더라도 미약한 바람이 없을 수 없으니 궤도 엘리베이터 수준의 건축물이라면 미약한 바람이라도 무시무시한 결과를 초래할수 있겠죠. 적어도 적도지방에 에베레스트 산보다 높은 지대가 있어준다면 궤도 엘리베이터를 세우기 쉬울텐데 아쉽습니다.
그런데 이 궤도 엘리베이터라는 물건이 지상의 구조물이 튼튼하게 지지해주는 것만이 아니라 우주쪽의 궤도 스테이션쪽에서 잡아주는 것도 중요하겠지요. 그렇다면 역시 궤도 스테이션도 상당한 크기가 되어야 할지도 모르겠습니다.
그런데 궤도 엘리베이터를 완성했다고 치더라도 엘리베이터가 구조물 외부에 걸쳐서 올라가는 식이 좋을까요? 아니면 구조물 내부에서 엘리베이터를 설치하여 올리는게 좋을까요? 저의 경우 내부를 텅 비운 진공튜브 같은 상태로 만들어서 쏘아 올리는게 좋으리라 보는데 말이죠.
그리고 궤도 엘리베이터만이 아니라 매스 드라이버같은 물건도 앞으로의 우주개발에 중요한 위치를 차지하지 않을까 싶습니다. 건담 더블오에서는 궤도 엘리베이터가 나왔다면 건담 시드에서는 매스 드라이버가 나와서 우주개발에 필요한 비용이 많이 줄었지요. 우주에 터를 잡은 세력인 플랜트의 민병대 쟈프트에서는 지구의 매스 드라이버를 점거함으로 적대적인 지구세력인 지구연합의 우주진출을 막앗죠. 결국 지구연합은 우주의 함대에 대한 보급이라든지, 지상에서 생산된 병기와 훈련된 병력을 증원하기 위하여 고비용을 감당해야만 했지요. 하지만 본격적인 증원을 보내서 결전을 벌이기 위하여 쟈프트가 점거한 매스 드라이버를 탈취하는데 성공하여 대군을 우주로 보냈죠.
우주 궤도 엘리베이터도 좋지만 저는 역시 '매스 드라이버 스타쉽 포트' 같은 걸 좀더 평가해줬으면 합니다. 건설계획도 잡아준다면 더더욱 좋겠죠.