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헬리콥터랑 배를 비행기와 섞으면?
루돌프를 닮은 이 비행기를 보세요! 우리나라 한국항공우주연구원에서 개발한 ‘틸트로터 무인기’예요. 우리나라에서 최초로 만들었지요. 틸트로터란 로터(프로펠러)가 향하는 방향을 바꿀 수 있다는 뜻이에요. 프로펠러를 위로 향해 돌리면 비행기가 수직으로 공중에 떠요. 그리고 프로펠러를 앞으로 향하게 움직여 돌리면 앞으로 나아가지요. 헬리콥터처럼 떠서 비행기처럼 나는 셈이에요.
헬리콥터와 비행기의 장점만! 틸트로터 비행기
헬리콥터와 비행기의 장점을 모두 가진 틸트로터에는 사람이 탈 수 있는 유인기도 있어요. 헬리콥터는 활주로가 없어도 이착륙이 가능하지만, 낮은 고도에서 느리게 날아요. 그래서 가까운 거리를 이동하기에 좋지요. 반면 비행기는 활주로가 있어야만 이착륙을 할 수 있지만 높은 고도에서 빠르게 날 수 있어서 먼 거리를 여행할 수 있지요. 틸트로터 비행기는 두 가지의 장점만 모아, 활주로 없이 이륙한 뒤 높은 고도에서 빠르게 날 수 있답니다.
틸트로터 무인기는 스파이?
틸트로터 무인기는 지상에서 사람이 조종하면 어디든 날아갈 수 있기 때문에 위험한 곳에 몰래 보내기 좋아요. 군사용으로 적진에 날려 보내 정찰하거나, 석유가 유출된 바다의 오염 상태도 살펴볼 수 있지요. 산불이 퍼지는 경로도 한눈에 볼 수 있어요.
배와 비행기의 장점을 두루 갖춘 것도 있어요. 수면 위를 아주 가까이 나는 위그선은 비행기보다는 느리지만 배보다는 훨씬 빠르답니다. 위그선은 최고 시속 220㎞까지 날 수 있어 배를 타고 6시간 가까이 걸리는 거리를 1시간 만에 도착할 수 있어요. 연료를 한 번 넣으면(200L) 최대 800㎞까지 날 수 있어요. 우리나라에서도 내년쯤이면 포항에서 울릉도까지(217㎞) 위그선을 타고 갈 수 있을 예정이에요.
하늘을 나는 자동차가 진화하고 있다!
우리 집 앞에 세워 둔 자동차를 타고 달리다가 하늘로 슝~! 날아오른다면 기분이 어떨까요? 점점 작아지는 집들과 바로 옆에 흘러가는 솜털 구름을 보면 기분도 훨훨 날아가겠죠? 이런 꿈 같은 일이 곧 이루어질 거래요!
하늘을 나는 자동차 ‘트랜지션’
지난 2009년 3월 미국 항공기 제조 벤처기업인 테라퓨지아는 ‘하늘을 나는 자동차’인 트랜지션을 개발했어요. 자동차처럼 도로를 달려 공항까지 간 다음, 접혀 있던 날개를 주욱 펴고 이륙하지요. 개발자인 칼 디트리히 박사는 지난 8월 미국 위스콘신 주에서 열린 에어쇼에서 20분 동안 트랜지션을 타는 모습을 공개하기도 했답니다.
트랜지션은 비행기처럼 몸체가 유선형이에요. 활주로를 빠르게 달리면 비행기 날개의 윗면과 아랫면의 압력차로 공중에 붕 뜨는 양력이 생기지요. 공중에서는 엔진과 연결된 프로펠러를 돌려 앞으로 나아가요. 지난 8월에는 날개 양옆에 접이식 프로펠러가 달려 있어 수직이착륙이 가능한 ‘트랜지션 TF-X’도 발표했어요.
한국항공우주연구원에서도 하늘을 나는 자동차인 ‘PAV’를 개발하고 있어요. 자동차보다는 빠르지만 비행기보다 느리기 때문에 서울에서 대전, 서울에서 제주까지의 중거리 여행에 딱 맞을 거라고 해요.
하지만 하늘을 나는 자동차는 당분간 영화에서만 볼 수 있을 것 같네요. 해결해야 할 숙제가 남아 있기 때문이랍니다. 몸체가 하늘에 뜰 수 있을 만큼 가벼우면서도 도로에서 다른 비행기나 자동차와 부딪혔을 때 사람이 다칠 위험을 줄일 수 있을 만큼 묵직하고 단단해야 하기 때문이지요.
미래 비행기, 안전하려면?
지난 11월 16일, 짙은 안개 속에서 헬리콥터가 아파트에 부딪혀 추락한 사고를 기억하나요? 하늘을 나는 자동차가 건물 사이사이로 날아다니려면 안전시스템이 먼저 탄탄해야 해요.
미래형 내비게이션 : 3차원 내비게이션이 앞유리에서 직접 경로를 알려줘요. 비행 중에 만나는 산이나 건물의 높이는 물론, 비나 눈, 안개, 번개 같은 기상정보도 알려줄 거예요.
보이지 않는 공중 도로 : 현재 비행기가 정해진 하늘길로만 나는 것처럼 미래에는 비행기(자동차)가 다닐 수 있는 하늘길이 정해질 거예요.
오토파일럿 기술 : 목적지를 설정하면 미리 정한 경로로 비행기(자동차)가 날아가요. 서로 부딪히지 않게 중앙 관제탑에서 통제해야 한답니다.
지능형 주행 제어 : 앞에 날아가는 비행기(자동차)와 일정한 간격을 지키기 위해 알아서 속도를 높이거나 줄여요. 위험한 상황이 생길 것으로 예측되면 스스로 판단해 사고를 예방하지요.
승객보호기술 : 비행기(자동차)의 엔진이 고장나거나 꺼져도 추락하지 않도록 바람의 압력(비행풍압)을 이용해 가까운 곳에 비상착륙해요.
‘입이 뾰족한 가오리’로 소리보다 빠르게~
좀 더 먼 미래에 하늘을 날아다니고 있을 비행기를 상상해 볼까요? 서울에서 유럽이나 미국까지 가려면 10시간이 넘는 긴 시간 동안 비행기를 타야만 해요. 서울에서 부산까지 KTX를 타고 가듯이 유럽이나 미국까지 재빨리 날아가는 비행기가 탄생할 수 있을까요?
소리보다 더 빠른 초음속비행기
지금 우리가 타는 국제선 여객기는 시속 약 900㎞ 정도로 날고 있어요. 서울에서 미국 뉴욕까지 거리는 약 1만 1000㎞, 국제선 직항 여객기로는 12~13시간이 걸리지요. 만약 서울에서 뉴욕까지 3시간 만에 가려면 비행기가 적어도 마하4✽ 만큼 빨리 날아야 해요.
1976년 프랑스와 영국 과학자들은 소리보다 빠르게 나는 초음속여객기 ‘콩코드’를 개발했어요. 콩코드는 2003년 11월까지 영국 런던과 프랑스 파리, 미국에서 운항했답니다. 하지만 초음속비행기가 지나갈 때 생기는 소닉붐✽ 과 다른 비행기보다 더 많은 연료를 사용하는 데에 따른 환경오염 문제를 해결하지 못했어요. 결국 콩코드는 역사에서 사라지게 되었지요.
국내외 과학자들은 공기저항을 줄여 소닉붐이 거의 안 생기는 초음속비행기를 연구하고 있어요. 비행기 주둥이를 뾰족하게 만들고, 몸체와 날개를 가오리처럼 매끈한 일체형으로 디자인하는 것이지요.
* 마하4 : 과학자들은 엄청나게 빠른 속도를 소리의 속도(음속)와 비교해 표현한다. 마하1은 소리의 속도로 시속 약 1224㎞다. 마하4는 음속의 4배인 약 4896㎞정도다.
* 소닉붐 : 비행기가 음속을 돌파할 때 앞머리부터 뒤쪽으로 생기는 원뿔 모양의 충격파. 비행기가 낮게 날 때 소닉붐이 생기면 유리창이 깨지거나 건물이 흔들릴 수 있다.
미래의 비행기 엔진, 스크램제트엔진
음속을 넘나들 정도로 빠르게 나는 비행기는 어떤 엔진을 달고 있을까요? 과학자들은 미사일에 활용하는 ‘스크램제트엔진’을 꼽아요. 스크램제트엔진은 초음속으로 들어온 공기를 그대로 압축해 폭발시키는 방식으로 추진력을 얻어요. 미국에서는 이미 2004년에 스크램제트엔진으로 마하9.8까지 비행하는 데 성공했지요. 그러나 지상에서 느린 속도로 이착륙하고 공중에서 초음속으로 비행하려면 현재 비행기가 달고 있는 제트엔진과 스크램제트엔진을 섞은 하이브리드형 엔진을 개발해야 한답니다.
미래에는 우주로 솟아 햇빛으로 날아가자!
프랑스 작가 베르나르 베르베르의 소설‘ 파피용’에 나오는 우주범선은 태양전지판인 거대한 돛을 펴고 햇빛으로 에너지를 만들어 끝없이 항해하지요. 실제로 과학자들은 태양광 비행기를 개발하고 있어요. 태양광에너지의 효율을 높이면 미래의 비행기는 로켓처럼 우주까지 솟아 아주 빠른 시간에 목적지에 도착할 거예요.
미래에는 햇빛으로 가는 항공기가 대세
미래의 비행기는 활주로가 없어도 돼요. 로켓처럼 슝~, 우주까지 솟아올랐다가 다시 지구로 돌아오는 방식으로 날기 때문이에요.
비행기가 수직으로 이륙할 때에는 앞으로 밀어내는 힘인 추력이 비행기 무게보다 커야 해요. 그래서 연료가 훨씬 많이 들지요. 그 연료를 다 실으면 비행기가 무거워서 날아오르기 힘들어요. 만약 비행기에 연료를 넣는 대신 날개에 태양전지판을 달아 전기를 충전하면 어떻게 될까요? 연료를 넣지 않아 몸체가 훨씬 가볍고, 구름 위를 나는 동안에는 에너지를 무한하게 얻을 수 있으며, 대기를 오염시키는 물질을 배출하지 않아 깨끗하고 스마트한 비행기가 되겠지요.
스위스의 솔라플래닛이나 NASA의 헬리오스, 한국항공우주연구원에서 만든 EAV2는 날개 전체에 얇은 태양전지판을 붙여 태양광에너지만으로 비행하는 데 성공했답니다. EAV2는 지난 10월, 최고 5㎞ 상공에서 초속 6~10m로 25시간 동안 날았어요. 해가 지고 난 밤에는 낮 동안 만들어 충전해 두었던 전기로 날았지요.
태양전지판이 받는 햇빛을 거의 다 전기로 바꿀 수 있고, 또 전기를 충분히 저장할 배터리가 개발된다면 미래에는 햇빛으로 가는 항공기가 대세가 될 거예요.
로켓처럼 우주로 솟으면 뉴욕까지 45분
이론으로는 비행기가 로켓처럼 대기권을 벗어나 우주로 솟아올랐다가 다시 지구로 떨어지는 방식이 먼 거리를 가장 빠른 시간에 날아갈 수 있어요. 이렇게 우주를 거쳐 날아가면 우리나라 인천공항에서 미국 뉴욕 존F. 케네디국제공항까지 약 45분이 걸릴 거예요.
극초음속비행기는 로켓과 마찬가지로 공기가 없는 우주에서도 연료를 태울 수 있게 산소를 함께 싣는 로켓엔진을 달아야 한답니다.
과학자들이 만드는 이색 미래 비행기
NASA와 보잉, 록히드마틴, 에어버스 같은 항공기 제조사들은 지금도 미래 비행기를 과학적으로 설계하고 있어요. 이 가운데는 우리가 지금까지 상상하지 못했던 특이한 모습의 비행기도 있답니다. 과학자들이 상상하는 독특한 미래 비행기를 만나볼까요?
미래 비행기 시대, 어떻게 변했을까?
우주공간으로 날아 서울에서 뉴욕까지 45분 만에 도착하는 비행기와 날개 없는 비행기, 샴쌍둥이처럼 여러 대가 붙어버린 비행기, 몸체가 투명해지는 비행기라니 정말 놀랍네요.‘ 어린이과학동아’ 친구들이 어른이 되면 이런 신기한 미래 비행기를 탈 수 있을까요? 그 시대를 한번 상상해 봐요~.
