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우주항공구조공학

700만 년 전 인류가 시작된 이래 지구상의 인구는 기하급수적으로 증가해 60억 명을 넘어섰다. 오늘날 우리에게 지구는 너무 좁은 곳이 됐다. 이제 우리가 발 딛고 있는 땅보다 더 많은 가능성을 가진 하늘과 우주로 눈을 돌려야 할 때다. 이런 발전에 기초가 되는 학문인 우주항공구조공학에 대해 알아보자.

1.우주항공구조공학이란 무엇인가요?
우주항공구조공학은 항공기, 인공위성, 로켓, 미사일 같은 항공우주 비행체 구조물을 중점적으로 연구한다. 비행체 구조물은 운항 도중 고장이 나면 수리할 수가 없으므로 매우 안전해야 하지만 무거워지면 경제성이 떨어진다. 우주항공구조공학은 안전성과 경량화라는 배치되는 두 조건의 최적점을 찾아 가장 효율적인 우주항공 구조물을 설계하는 분야다.

우주항공구조공학은 재료공학, 제어공학, 진동공학, 나노공학 같이 여러 분야의 최신 기술을 이용한다. 다양한 기술이 함께 발전해야 하기 때문에 짧은 시간 안에 성과를 내기가 어려운 분야이기도 하다.

1992년 우리나라는 우리별 1호를 쏘아올려 인공위성을 보유한 세계 22번째 나라가 됐다. 현재는 나로우주센터에서 KSLV-I을 발사해 세계에서 9번째 스페이스클럽(자국 기술로 자국 영토에서 인공위성 발사에 성공한 국가)에 들어가는 것을 목표로 하고 있지만 이 역시 우주항공 분야의 선진국인 러시아와의 공동 개발이다. 우리나라 경제력과 비교했을 때 우주항공구조공학 기술은 상당히 낙후돼 있다. 인공위성 발사와 항공기 개발에서 우주정거장 건설까지 우주항공구조공학은 우리나라와 인류의 미래를 책임질 학문이다.

2. 어디에 사용되나요?
최근 제작된 대형항공기인 에어버스 A-380 모델의 경우 수백만 개가 넘는 부품으로 이뤄져 있다. 우주항공구조공학은 복잡한 구조물이 운항 중 받는 충격이나 중력 같은 하중을 견딜 수 있도록 철저한 해석과 정확한 예측을 바탕으로 안전하게 임무를 수행할 수 있는 구조물을 설계하는데 사용된다. 특히 다른 구조공학과 비교해 고온과 초저온, 무중력 같은 극한 상황에서도 안정적으로 임무를 수행할 수 있도록 한다.

3. 어디에 있어요?
우주항공구조공학을 전공하려면 구조공학을 가르치는 기계공학과에서 기본 지식을 쌓을 수 있다. 하지만 우주항공을 집중적으로 공부하기 위해서는 항공우주공학과에 진학하는 편이 좋다. 국내에는 서울대, 한국항공대, KAIST, 인하대 등에 개설돼 있다. 세계적으로는 미국 MIT, 스탠퍼드대, 조지아공대, 일본 도쿄대, 중국 칭화대, 북경항공항천대가 유명하다.

4. 무엇을 배우나요?
우주항공구조공학을 공부하기 위해서는 고체역학, 유체역학, 열역학 등 역학에 대한 기본적인 이해가 요구되며 이를 바탕으로 구조역학, 구조설계, 구조해석 같은 과목을 공부한다. 수치해석기법을 이용해 설계한 구조물을 해석하는 능력을 기르고, 대형 구조물의 정밀 해석을 위해 슈퍼컴퓨터를 이용하는 방법을 익힌다. 이런 작업을 하려면 C, C++ 같은 프로그래밍 언어를 알고 있어야 한다.

5. 어떤 사람을 원하나요?
역학을 기본으로 하는 학문이므로 수학과 물리학을 좋아하는 학생이 적합하다. 고체역학, 구조역학, 컴퓨터 활용을 잘하는 학생이 유리하다. 구조공학의 특성상 전체적인 시각을 가지고 사물을 바라볼 줄 아는 능력과 상반되는 요건이 조화를 이루게 하고 최적화를 할 수 있는 능력이 요구된다. 더불어 정부 차원의 협조가 불가피하고 국제 경쟁이 치열한 분야이기 때문에 정책적 시야와 글로벌한 시각을 가진 사람이 필요하다.

6. 졸업 후 대학원에 가고 싶은데요?
우주항공구조공학은 주로 항공우주공학과에서 다루고 대학에 따라 기계공학과에도 개설돼 있다. 학부과정에서는 역학을 기본으로 해 항공기구조역학 같은 심화지식을 배운다. 대학원에 진학하면 더 높은 수준의 구조역학, 신소재 복합재료학, 유한요소구조해석학, 공력탄성학, 병렬컴퓨팅 등을 공부한다.

7. 취업을 선택하면요?
항공우주 산업체나 대한항공 등에서 항공기나 인공위성 같은 구조물을 설계하는 일을 맡는다. 연관 산업체인 자동차 회사나 조선해양 업체에서도 우주항공구조공학 전공자를 선호한다. 대학원을 졸업한 뒤에는 항공우주연구원이나 국방과학연구소에서 연구원으로 일한다. 국제적으로 분쟁이 많은 항공법, 우주법 관련 변호사나 항공우주에 대해 정확한 정보를 전달하는 언론인으로 활동할 수도 있다.
글 : 배주영 서울대 기계항공공학부 2학년 hope_effort@naver.com

과학동아 2009년 01호

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