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치올코프스키와 로켓


1903년은 지구의 중력을 이기려는 힘겨운 노력이 있었던 해다. 12월 미국에서 라이트 형제가 세계최초의 역사적인 동력비행을 시도했으며, 그보다 일곱달 전 5월 옛소련에서는 콘스탄틴 에두아르도비치 치올코프스키(Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky)라는 한 시골학교의 선생님이 반작용 추진장치인 로켓의 비행원리를 다룬 논문을 세계 최초로 발표했다. 러시아는 이를 논문의 발행년도인 1903년을 러시아 우주개발의 원년으로 삼고 있을 정도다.

사실 이 논문은 1898년에 투고되고도 5년 동안 빛을 보지 못했다. 치올코프스키는 1893년에서 1896년 사이에 ‘지구와 우주에 관한 환상’이나 ‘다른 세계에 생명은 있는가’ 등의 SF소설을 썼는데, 이런 소설로 인해 정통적인 학자 대우를 받지 못했기 때문이다. 그는 우주탐험이 사회진보의 한몫으로 추진돼 마침내 인간의 생활을 바꾸고 그 생활권을 태양계 전체로 확대할 날이 오리라고 예상했고 이런 자신의 철학을 보급하기 위해 어려운 논문뿐 아니라 쉬운 소설을 발표했다. 그랬던 그가 SF소설의 소재 정도로 다뤄지던 우주여행에 대해 수학과 물리의 이론을 통한 과학적 접근을 시도한 것이다.




오늘날의 관점에서도 치올코프스키의 구상은 놀라운 것이었다. 최초의 비행기가 비틀거리며 날아올랐을 무렵에 그의 연구주제는 우주여행의 전분야를 망라하고 있었다. 로켓은 진공 중에 이용할 수 있는 추진장치라는 것, 로켓은 공기보다 진공 중에서 더욱 성능이 좋다는 것, 로켓은 가스의 분출속도보다 더 빨리 비행할 수 있다는 것, 그리고 연료의 일정량으로 추진할 수 있는 로켓의 효율을 측정하는 기본개념을 밝혀냈다.

또 가장 성능이 높은 추진제를 찾으려고 노력했으며, 현재 우주왕복선의 추진제인 액체수소와 액체산소를 로켓연료로 제시했다. 뜨거워진 로켓엔진을 식히기 위한 재생냉각법을 고안했으며, 분사구에 조그마한 날개를 넣어 로켓의 방향을 조정하고자 했다. 로켓의 자세를 조정하는 자이로스코프 장치, 가변 노즐을 이용한 추력 세기의 조절, 대기와의 마찰을 이용한 로켓의 속도 조절 등 현대 로켓이 사용하고 있는 모든 기술을 제시했다.

지구의 중력을 벗어나기 위해 탈출속도와 로켓의 성능을 비교해 계산하던 그는 다단계 로켓의 개념을 도출해냈다. 기차처럼 연결된 여러개의 로켓을 동시에 발사해 연료를 소모해가면서 불필요해진 로켓은 분리한다는 생각이다. 이렇게 되면 전체 로켓의 무게는 점차 가벼워지고 가속도는 점점 더해져 결국 빠른 최종속도에 도달할 수 있다는 것이다. 오늘날 중력을 벗어나고자 하는 모든 로켓은 2-3단의 다단로켓으로 돼있다.




치올코프스키는 1917년 10월 혁명으로 등장한 레닌정권에 의해 위대한 영웅으로 추대됐다. 1919년에는 옛소련 과학아카데미 정회원이 됐고, 그의 작품 ‘중력의 극복’ ‘지구의 저 너머로’ ‘우주의 재산’이 뜻밖에 인쇄됐으며, 칼루가의 정부인쇄국이 그의 옛 논문을 모아 ‘우주공간 로켓’이라는 이름으로 출판하기도 했다.

그는 갑자기 찾아온 명성에 안주하지 않고 그는 몸 속에 차있던 연구욕을 더욱 불태워 ‘우주로켓의 실험적 준비’, ‘우주여행자’, ‘우주비행의 목적’, ‘로켓엔진’, ‘우주 로켓열차’ 등 60여편의 천문학·기계공학·물리학 관련논문과 SF소설을 발표했다. 1927년 파리에 있는 그의 열광적인 지지자들은 치올코프스키를 ‘우주항해학(astronautics)의 아버지’로 칭송했다.

옛소련 정부는 1936년 그가 죽은 뒤에도 영웅으로 대접했다. 그가 살던 집을 국립박물관으로 만들었고 그의 업적을 기념하기 위해 1954년부터 치올코프스키상을 제정해 매 3년마다 우주비행에 지대한 공헌을 한 사람에게 이 상을 수여하고 있다. 미국의 칼 세이건 박사 또한 이 상을 받았다.


<정홍철 대표의 ‘로켓 원리 밝힌 치올코프스키 논문 1백주년’에서 발췌 및 편집>
| 글 | 편집부ㆍ |



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