아름다운 이야기들!(세상 구경,세계여행)

모 아니면 도, 그 속의 과학

2009-01-23T20:13:45Z

모 아니면 도, 그 속의 과학

[제 866 호/2009-01-21]

해마다 설이 되면 가족이나 친척들과 함께 둘러앉아 윷놀이 한판을 벌리곤 한다. 남녀노소 가리지 않고 누구든지 쉽게 즐길 수 있는 윷놀이나 팽이치기, 연날리기 등의 민속놀이에도 과학적 원리가 숨어 있다. 단순히 명절 때 즐겁게 시간을 보내기 위한 놀이를 넘어서서 사시사철 다양하면서도 과학을 적용한 조상들의 지혜는 결코 우연이 아닐 것이다.

윷놀이는 역사적 기록에 따르면 삼국 시대 이전부터 행해오던 우리나라 전통 민속놀이로, 조상들이 집에서 기르던 동물들의 이름을 붙여 도는 돼지, 개는 개, 걸은 양, 윷은 소, 모는 말을 가리킨다. 또한 윷판에서 자리의 순서도 각 동물의 속력에 비유된 것이다. 머릿속에 해당 동물들이 뛰는 걸 떠올려보면 정말 그럴 듯하다.

무엇보다 흥미로운 것은 윷놀이에 로또보다 재미있는 확률의 원리가 있다는 점이다. 윷을 던져서 나오는 확률을 ‘어떤 사건이 일어날 확률 = 어떤 사건이 일어날 수 있는 경우의 수/일어날 수 있는 모든 경우의 수’로 계산해보면 도와 걸이 4/16, 윷과 모가 1/16, 개가 6/16이 된다. 윷을 던졌을 때 개가 나올 확률이 가장 높은 것이다.

하지만 조상들은 여기에 윷의 앞면과 뒷면을 다르게 만드는 약간의 변수를 추가했다. 위의 통계는 윷의 앞과 뒤가 같다고 했을 때, 즉 1/2로 가정한 결과이다. 그러므로 곡면인 부분을 앞이라고 하고 평면인 부분을 뒤라고 보면 확률은 달라진다. 고려대학교 허명회 교수는 윷의 곡면이 완전한 반원이 아니라는 점을 바탕으로 윷의 무게중심에 따른 회전운동을 계산하여 새로운 확률 결과를 내놓았다. 곡면이 위로 나올 확률과 평면이 위로 나올 확률이 4:6이고, 모-도-윷-개-걸의 순서로 확률이 높아진다는 것이다.

이 결과가 완벽하게 정확한 확률 결과라고는 아직 단정 지을 수 없다. 만약 윷놀이를 할 때의 바닥, 예를 들면 멍석이나 땅바닥 등이 평평하지 않다거나 그로 인한 운동 방향의 변화 등을 고려하여 연구한다면 다른 확률 결과가 나올지도 모른다.

설날뿐만 아니라 겨울철 동안 아이들의 놀거리인 팽이치기에도 과학이 있다. 18~19세기에 생긴 팽이라는 말은 핑핑 돈다는 말에 그 유래가 있다. 지금은 비교적 많이 볼 수 없는 광경이지만 옛날에는 많은 아이들이 나무로 팽이나 썰매를 만들어 강가, 논바닥 등의 얼음 위에서 여가를 보냈다. 팽이채는 50cm 정도의 얇은 나무 끝에 실로 노끈을 만들어 묶었고, 팽이를 칠 때 감으면서 세게 돌릴 수 있도록 팽이채의 노끈 끝은 느슨하게 풀어놓았다. 팽이치기를 할 때는 팽이를 멈추지 않도록 쉴 새 없이 돌리는 것이 승리의 관건이라고 할 수 있는데, 팽이를 오래 돌릴 수 있는 방법은 무엇일까?

팽이에는 정지하고 있는 물체는 계속 정지해 있으려고 하고 움직이고 있는 물체는 계속 움직이려고 하는 관성의 법칙이 작용한다. 둥근 물체가 축을 중심으로 회전운동을 하므로 회전 관성을 가지는 팽이는 무겁고 단단한 재질이 관성이 크기 때문에 다른 나무보다 소나무나 박달나무로 만들었다. 돌던 팽이가 어느 순간에는 공기저항과 바닥면과의 마찰력으로 인해 멈추게 되므로 아이들은 팽이의 표면을 잘 다듬어서 공기저항을 덜 받게 한다. 또한 얼음 위에서 팽이를 돌리면 바닥면과의 마찰이 적어지기 때문에 사계절 모두 팽이치기를 하지만 유난히 겨울에 아이들이 즐겨 한다.

겨울철 강가나 논두렁에서 바람을 이용해 날리는 연날리기도 빼놓을 수 없다. 원래는 대보름에 액을 멀리 보낸다는 의미에서 시작된 것이지만 이제는 바람이 부는 날이면 쉽게 볼 수 있다. 연날리기는 한지와 대나무로 가볍게 연을 만들고 얼레에 감겨 있는 실을 조절해서 높낮이를 조종하는 놀이로 놀이의 방법은 쉽지만 잘 날리기가 그다지 쉽지 않다.

연날리기를 잘하기 위해서는 연의 윗면과 아랫면을 바람이 동시에 지날 때 윗면을 흐르는 바람의 속도가 빨라지면 압력이 감소하는 원리를 이해하면 쉽다. 이것을 베르누이의 정리라고 하는데, 이때 연의 윗면에 작용하는 압력이 아랫면에 작용하는 압력보다 작기 때문에 연이 위로 올라가게 된다. 따라서 연을 잘 날리려면 연의 윗면을 아랫면보다 앞으로 기울여서 들고 날리고, 양력과 항력을 적절히 이용해야 한다. 연이 위로 떠오르려고 하는 힘이 양력이고 바람이 부는 방향에 따라 뒤로 진행하려고 하는 힘이 항력이다. 실을 감으면 양력이 생겨 위로 뜨고 실을 풀면 항력이 생겨 뒤로 진행하므로 이러한 힘의 성질을 가지고 조종하면 된다.

이렇듯 우리 전통 민속놀이에는 재미와 동시에 과학이 숨 쉬고 있다. 이번 설에 종일 TV 프로그램에 빠져 있기보다는 민속놀이를 통해 창의력과 과학적 사고를 높여보는 것은 어떨까.

글 : 이상화 과학칼럼니스트

2009년에는 1초가 늘어난다.

2009-01-23T20:12:38Z

2009년에는 1초가 늘어난다?

[제 867 호/2009-01-23]

저는 시계입니다. 그래요. 똑딱똑딱 하면서 움직이는 바로 그 시계죠. 매일 86,400초를 똑딱거리면 1,440분, 즉 24시간이 지나가고 24시간 365번 반복되면 1년이 지나갑니다. 365일 중간에 7일 단위의 주가 있고, 28~31일 사이의 월 단위도 있지만 총합은 365일, 31,536,000초로 같아요. 저는 아주 규칙적으로 똑.딱.똑.딱. 1초씩 세어 갑니다. 성실하고 절대 쉬지 않죠. 저처럼 털어서 먼지 하나 나오지 않을 정직한 존재는 없을 거예요. 그렇죠?

그러니까 여러분은 제가 쉬지 않고 어떤 숫자도 건너뛰지 않고 똑 딱 똑 딱 1초 다음 2초 다음, 다음, 다음을 센다고 생각하시겠죠. 물론 전 수천, 수만, 수십만, 수백만의 초를 그런 식으로 일정하게 움직입니다. 하지만 모든 일이 그렇듯 저에게도 예외라는 게 발생하곤 한답니다. 전 오늘 여러분께 제가 가진 비밀을 알려 드리려고 해요. 배신감을 느끼는 분도 있을지 몰라요. 하지만 제가 가진 모든 비밀이 우리, 그러니까 시계와 인간 사이의 약속으로 이뤄졌다는 걸 말씀 드려요.

그 일은 1971년 12월 31일에 처음 시작되었어요. 저는 매년 마지막날 86,400초를 세고 한 해를 마무리 합니다. 하지만 그 날은 말하자면 86,401번째 초가 있었어요. 인간 과학자들이 초를 인위적으로 삽입한 것이죠. 이른바 ‘윤초(閏秒)’라고 부르는 것입니다. 1972년 이후로 총 24회 윤초가 적용되었습니다. 그리고, 아마 당신은 눈치채지 못했겠지만 지난 2008년 12월 31일 11시 59분 59초에서 2009년 1월 1일 0시로 넘어가는 그 순간 그리니치 천문대에서 1초가 추가 되었습니다.

어떻게 이런 일이 일어났는지 얘기하기에 앞서 초의 개념에 대해서 질문을 던져볼게요. 1초란 어떤 시간일까요? 너무 어렵나요? 역으로 생각해보죠. 하루 24시간은 지구의 자전시간이고 일 년 365일은 지구의 공전을 기준으로 만들어진 기준입니다. 24시간에서 1시간은 60분, 1분은 60초. 이렇게는 익숙하죠. 그러니까 1초란 하루의 8만 6400분의 1입니다. 그렇지만 하루가 24시간이라는 건, 1년이 365일이라는 건 정확할까요? 만약 24시간과 365일이 절대불변의 정확한 기준이 아니라면 1분, 1초라는 어떤 길이의 시간인지 절대 알 수 없을 거예요.

20세기 후반기에 들어서면서 인간의 과학기술은 날로 발달했고, 지구의 자전에 대해 보다 정밀하게 이해하게 되었어요. 그 덕분에 지구의 공전은 물론 자전 시간도 항상 일정하지 않다는 것을 이해하게 되었지요. 과학자들은 더 정확한 기준을 가진 시간이 필요했어요. 보통사람들이라면 1초, 1분도 길게 느껴지지만, 우주선을 쏘아 보내는 과학자들에게는 1천분의 1초, 1만분의 1초도 오차가 있어서는 안 되었기 때문이죠.

1950년대 후반 하늘의 해와 달을 대신해 인간이 만들어낸 개념이 새로운 초의 기준으로 제시되었어요. 그리고 1967년 세계의 시간 표준(세계시)으로 공인되었죠. 그 새로운 시간의 기준은 바로 세슘 원자의 운동 속도입니다. 세슘 원자는 기저 상태에서 초미세 준위 사이를 91억 9,263만 1,770분의 1초 간격으로 진자 운동을 합니다. 그러니까 세슘 원자가 91억 9,263만 1,770번 진자 운동을 하는 시간이 지구 상의 인간이 공인한 1초가 된 것입니다. 이것을 원자시의 근간이 되는 원자초(atomic second)라고 부릅니다. 시간을 세밀한 단위로 나눌 때 사용하는 밀리 초, 마이크로 초, 피코 초, 팸토 초 같은 시간 단위는 모두 원자초를 근간으로 합니다.

문제는 이 원자시와 실제 시각 사이에 오차가 발생한다는 것이죠. 해서 1972년부터 인류는 전 세계에서 1초를 더하거나 빼는 보정행위, 즉 윤초를 도입하게 되었습니다. 국제지구자전사업(IERS: International Earth Rotation Service)이라는 기관에서 윤초 시행에 관해 결정을 내립니다. 지구의 자전이 느려져 1초를 삽입하는 것을 ‘양의 윤초’라고 하고, 지구의 자전이 빨라져 1초를 삭제하는 것을 ‘음의 윤초’라고 합니다. 1972년부터 1999년까지는 밀물과 썰물을 일으키는 달의 조석력 때문에 지구의 자전이 느려져, 매년 윤초를 삽입했죠. 윤초를 시행하는 날은 정해져 있습니다. 1월 1일과 7월 1일이 제1 우선 일이고, 4월 1일과 10월 1일이 제2 우선 일입니다. 해마다 1월 1일이나 7월 1일, 혹은 4월 1일이나 10월 1일 0시0분0초에 당신이 모르는 초가 더해지거나 당신이 아는 어떤 초가 사라질 수 있어요. 그리니치 천문대 기준이니까, 당신이 한국에 살고 있다면 초가 더해지거나 빠지는 시간은 09시 0분 0초가 되겠지요.

1초가 쌓여서 1분이 되고, 분이 쌓여서 다시 시간이 되고 날짜가 되기 때문에 1초 단위의 오차는 뒤에 큰 차이를 낳게 됩니다. 보통 중국과 우리나라의 설날은 거의 같아요. 하지만 우리나라와 중국은 사실 1시간의 시차가 있습니다. 딱 1시간일 뿐이죠. 하지만 그 1시간이 쌓이다 보면 중국이 하루 늦게 설날을 맞기도 합니다. 지난 1997년은 2월 8일 0시6분이 삭(朔)이어서 한국은 그 해 2월 8일이 설날이었어요. 그러나 중국 시각으로는 2월 7일 23시6분이므로 중국은 2월 7일이 설이었습니다. 대단치 않아 보이는 1시간 때문에 1914년부터 2099년까지 한국과 중국의 음력 설날과 추석이 다른 해는 열다섯 번이나 됩니다. 길게 보면 정말 큰 차이가 생기죠?

고작 1초쯤, 더하거나 빼거나 상관없다고 생각하실 수도 있어요. 하지만 그렇지 않답니다. 첨단 기술과학에서는 1초란 어마어마하게 큰 단위입니다. 통신, 항해, 항공, 국제 금융시장 등에서 큰 영향을 미쳐요. 1초를 기준으로 날짜의 경계선이 달라져 버린다고 생각해보세요. 인터넷에서 자동으로 이뤄지는 금융거래에서 1초 차이로 송금 일이 달라진다면? 결제일을 지키지 못해 곤란을 겪는 사람들이 생기겠죠. 1초, 1분, 1시간의 차이로 날의 경계가 달라지면서 일어날 수 있는 일이 얼마나 많은지 상상해보세요. 사람마다 다른 시간 개념을 기준으로 한다면 국가 공휴일이나 명절의 요일을 제 각각으로 생각해 큰 혼란이 올 수 있어요. 실제로 지난 2006년에 일부 휴대전화, 컴퓨터 등 전산장치의 달력이 그 해 설날을 1월 30일로 잘못 표기해서 기차표를 잘못 예매하는 사람이 생기는 등 혼란이 있었습니다. 실제 설날은 1월 29일이었죠.

사람들이 달력을 조정하는 건 물론 아주 오래된 일입니다. 하루의 기준을 태양으로 삼을 것이냐 별을 기준으로 할 것이냐에 따라 하루의 길이는 달라집니다. 양력을 쓸 것이냐 음력을 쓸 것이냐에 따라 달의 길이도 모양도 달라지겠죠. 게다가 하루나 달, 1년은 정확하게 떨어지는 숫자가 아닙니다. 만일 지구의 공전 시간이 일정하다고 해도 1년은 365일이 아니라 365일 5시간 48분 45.2초 입니다. 정확히 365일로 떨어지지 않기 때문에 400년에 97일의 윤일을 두었습니다. 그러니까 대략 4년에 한번씩 윤일이 있는 윤년이 만들어지게 된 것입니다. 달을 기준으로 하는 음력에서는 12달이 354.36일로 그레고리력보다 11일 가량 짧습니다. 그래서 대략 19년에 7번의 윤달이 생기지요.

이제 시간과 달력이란 것도 본래부터 정해진 것이 아니라 인간이 만들어낸 개념이고 기술의 발전에 따라 변할 수 있는 개념이라는 걸 아셨을 거예요. 물론 저는 지금도 쉬지 않고 똑딱똑딱 움직이고 있어요. 하지만 당신이 멍하게 있는 동안에 언제 몇 초를 뚝딱 건너뛸지도 몰라요. 그러니 쫑긋 귀를 세우고 제가 하는 일을 지켜봐 주세요.

글 : 이소영 과학칼럼니스트

웃으면 복이와요!

2009-01-13T23:15:07Z

"낯선 여자에게서 내 남자의 향기를 느꼈다" 를 5자로 줄이면...

→ 혹시 이년이?

" 나보다 조금 더 높은 곳에 네가 있을 뿐" 을 6자로 줄이면?

→니 거기 와 있노?

슈퍼맨의 가슴에 있는"S"자의 무엇의 약자인가?

→스판

3개 국어를 동시에?

→핸들 이빠이 꺽어!!

쓰레기 통에 뚜껑을 덮어 놓은 이유는?

→먼지 들어갈까봐.

아몬드가 죽으면?

→다이아몬드

애 낳다가 죽은 여자?

→다이애나

"당신은 시골에 삽니다." 를 세자로 줄이면?

→유인촌

꽃이 제일 좋아하는 벌?

→재벌

콜라와 마요네즈를 섞으면?

→버려야 한다.

곤충의 몸을 3등분하면?

→죽.는.다.

뉴코아 백화점이 무너지지 않는 이유?

→리본으로 묶어 놔서...

가짜 휘발유를 만들 때 가장 많이 들어가는 재료는?

→진짜 휘발유

무엇이든지 혼자 다 해먹는 사람은?

소금이 죽으면?

→죽염

애들이 학교에 가는 이유는?

→학교가 올 수 없으니까

우유를 여섯 글자로 늘이면?

→송아지 쭈쭈바

할머니와 자판기

2009-01-13T23:11:36Z

한 시골 할머니가 도시에 첨 오셨다.
목이 말라 뭐 마실거 없나 하고 주위를 살피는 중 자판기를 발견 하신 할머니...

허나.. 사용법을 모르시는 할머니..
우짤고...
끙끙 알아 매시다가 동전구멍을 발견하시고..
"아 일로 동전을 넣는갑다.. " 하시며 동전을 넣으셨고..

허나.. 다음이 문제였다..
단추만 누르면 될껄.. 그걸 미처 생각치 못한 할머니

"보이소.. 지가에 목이 마른데.. 콜라 좀 주이소.."
라며 자판기에 대고 말을 하셨다.

아무런 응답이 없자 다시
"보이소.. 지가에 목이 마른데..콜라 좀 주이소.."
또 다시 대답이 없자...
"보이소.. 지가에 목이 마른데.. 콜라 좀 주이소.."
연이어 외쳤다...

그때 옆에서 지켜 보신던 할아버지가 왈...

.

" 거 ... 딴 거 돌라 함케보이소...!!

아내와 애인 차이

2009-01-13T22:59:47Z

아내와 애인 차이

내가 비실대면...

보약 지어 온다= 마누라
딴데 알아본다= 애인

황홀한 밤 지내고 나면...

반찬 좋아진다= 마누라
용돈 더 달랜다= 애인

2 회전 하자고 하면...

아꼇다 내일하자고 한다= 마누라
쌍 코피 터질때 까지 O.K =애인

선물....

팬티 한장 사줘도 자랑하고 다닌다= 마누라
100.000만원 이하는 물건으로 안친다= 애인

싸움 하고 나면...

친정에 갔다가 한 보따리 싸들고 돌아온다= 마누라
있는거 다 부셔놓고 퉤, 침 뱉고 가버린다= 애인

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이래도 앤 맹글고 시포~?
웅~?

언냐 오빠들 기냥 갈꼬야~웅~
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엉덩이로 리플 쓰는중임다 ㅋ~

◈코 막힌다고 감기약부터 먹으면 안 돼요!

2009-01-12T22:22:10Z

◈코 막힌다고 감기약부터 먹으면 안 돼요!

겨울철에는 코가 막혀 고생하는 사람이 많은데, 이럴 때 코감기라고 생각하고 무조건 감기약을 먹는 것은 삼가야한다. 부비동염이나 코 건조증 등으로 코가 막히는 것 일 수 있기 때문이다. 눈과 코 사이의 공간인 부비동 점막에 염증이 생겨 콧물이 자주 흐르고 기침이 자주 나는 부비동염은 흔히 축농증이라고 불린다. 부비동염은 주로 감기 후유증으로 생기는 것이므로 감기에 걸리지 않도록 실내습도를 50∼60%로 유지한다. 콧속이 말라붙어 생기는 코 건조증에 걸리면 코안이 말라서 딱지가 생기고 코가 막힌다. 이로 인해 코안이 가렵고 후각이 약해지면서 점막이 헐어 코피가 나기도 한다. 코 건조증을 막으려면 부비동염과 마찬가지로 실내습도를 50∼60%로 유지하고 물을 많이 마셔 기관지가 건조해지는 것을 방지한다. 코 건조증이 생기는 이유는 겨울철의 건조한 날씨에 오래 노출될 경우 코의 가습작용 기능에 문제가 발생하기 때문이다.

동장군아 물러가라! 몸짱이 나가신다~

2009-01-12T22:20:43Z

동장군아 물러가라! 몸짱이 나가신다~

[제 861 호/2009-01-09]

현대 사회에서는 몸을 움직일 기회가 점점 더 적어진다. 교통 기관의 발달은 물론이고, 많은 업무를 책상 위에서, 컴퓨터를 통해 처리할 수 있는 것이 현실이다. 게다가 식생활의 서구화까지 더하고 나니 이제 건강을 유지하기 위해 별도의 운동을 해야 한다는 것은 상식이 되어버렸다. 따로 스포츠센터 등을 찾아다니지는 않더라도 가벼운 달리기나 정기적인 산행을 하는 사람들이 눈에 띄게 늘었다.

하지만 조금만 깊이 생각을 해보면 무조건 힘들게 몸을 움직인다고 해서 건강에 좋은 영향만 미치지는 않을 것이다. 우리의 신체는 주변 환경과 밀접한 연관을 갖고 움직이도록 되어 있다. 몸 자체가 환경을 극복하고 거기에 적응해 온 진화의 산물이기 때문이다. 따라서 몸 안의 에너지를 소모하는 활동인 운동 역시 기후, 습도 등의 외부 상태에 영향을 받을 수밖에 없다. 사계절의 변화가 비교적 뚜렷한 우리나라에서는 한여름과 겨울철의 운동 방법에 대해서 신경을 써야 한다. 그중에서도 특히 겨울 운동을 하면서 주의할 점을 알아보자.

겨울에는 기온이 뚝 떨어지며, 심지어는 영하 10도를 밑돌기도 한다. 이럴 경우 무릎, 어깨 등 관절부 인대와 근육이 긴장하며 수축되고 유연성이 떨어진다. 따라서 몸을 격하게 움직이기에 앞서 스트레칭이나 준비 운동을 함으로서 어느 정도의 유연성을 확보해야 한다. 최소한 10~20분가량의 스트레칭은 필수라고 봐야 할 것이다.

날씨가 추우면 이처럼 물리적인 제약, 즉 근육의 수축만 발생하는 것이 아니다. 우리 몸은 하나의 거대한 화학공장이다. 이 화학공장은 기본적으로 외부로부터 에너지원을 섭취하고 일정한 화학반응을 통해 그로부터 활동하고 살아 움직이는 동력을 얻는다. 그리고 여분의 에너지원을 변형시켜 몸 안에 저장한다. 이러한 화학반응의 반응속도에 영향을 주는 물질을 촉매라고 하며, 특히 생물체 안에서 촉매 역할을 하는 단백질을 별도로 효소라고 부른다.

이 효소는 온도에 따라 반응 활성도가 크게 좌우된다. 일반적으로 효소가 가장 활발하게 작용하는 온도는 섭씨 35~45도 정도이다. 이보다 낮은 온도에서는 당연히 효소의 작용이 둔화되며, 너무 높은 온도 상에서는 효소의 단백질 구조가 변형되어 제 기능을 하지 못한다. 이런 이유 때문에 겨울철에는 효소 활동성이 떨어지고 에너지의 수급이 지장을 받아 운동 능력이 떨어진다. 이 상태에서 상온일 때와 마찬가지로 운동을 시작하면 다칠 위험이 크다. 따라서 가벼운 움직임으로부터 시작해 서서히 강도를 높여가는 것이 좋다. 일종의 예열 과정이 필요하다고 생각하면 될 것이다.

다음으로 추운 날의 새벽 운동은 가급적 피하는 것이 좋다. 새벽은 하루 중 기온이 가장 낮은 시간이다. 우리 몸이 급작스럽게 저온에 노출될 경우 팔과 다리에서 손발 끝까지 혈액을 공급해 주는 혈관, 즉 말초동맥이 수축되고 그 결과 혈압이 올라갈 수 있다. 그렇기 때문에 당뇨병, 고혈압, 고지혈증, 뇌혈관 질환 등이 있는 사람은 새벽 운동을 피하고 운동 시간을 오후로 바꾸는 것이 좋다. 오후로 바꾸는 것이 어렵다면 적어도 해가 뜬 후, 즉 오전 10시 이후에 운동하는 것이 좋다.

새벽 시간을 피한다 해도 체온관리에 신경을 써야 한다. 안 그래도 추운 겨울에 운동을 하면서 체온을 지키지 못할 경우 심하면 저체온증을 일으킬 수도 있다. 저체온증이란 체온이 섭씨 35도 이하로 내려가는 상태를 말한다. 중심 체온이 35도 이하로 떨어지면 심장, 폐, 뇌와 같은 주요 장기들의 기능이 저하되기 시작한다. 저체온 상태가 오래 유지되면 운동장애가 일어나며 심한 경우 사망에 이르기도 한다. 물론 일반적인 상황에서 운동을 할 경우 이처럼 치명적인 상태에 이르는 경우는 없겠지만, 특히 실외에서 도보나 달리기로 운동할 경우 신체가 더욱 빨리 냉각된다는 점을 잊지 말자. 바람이 불면 그 정도가 더욱 심해진다.

따라서 실외 운동을 시작하기 전에 적절한 옷차림을 준비하는 것이 좋다. 체온이 가장 많이 빠져나가는 신체부위는 머리, 목, 귀 등이므로 모자와 목도리를 챙기면 좋겠다. 가장 바깥쪽에 걸칠 옷은 바람과 냉기를 차단해주는 것으로, 피부와 직접 닿는 옷은 땀을 잘 흡수하는 것으로 고르자. 얇은 옷을 여러 겹 입으면 옷 사이의 공기가 보온을 돕지만 너무 두껍게 입는 것도 좋지 않다. 옷이 너무 많으면 운동 중에 쉽게 땀이 나고 운동 후 이 땀이 증발하면서 체온을 빼앗아가기 때문이다.

시작할 때에도 서서히 예열했듯이 운동을 끝낼 때에도 갑자기 멈추기보다는 마무리 운동으로 끝을 맺는 것이 좋다. 심하게 운동을 했다면 순간적으로 체내 면역력이 떨어져 감기에 걸릴 수 있으므로 샤워를 하거나 수건으로 얼른 땀을 닦고, 마른 옷으로 갈아입도록 해야 한다. 날씨가 춥더라도 웅크리지만 말고 꾸준한 운동으로 약해지기 쉬운 면역력을 키워 생활습관에서 오는 각종 질병들을 예방하자.

글 : 김창규 과학칼럼니스트

세균간 정보교환을 방해하는 전이상태 유도체

2009-01-12T22:15:40Z

◈새로운 항생제 개발 전략: 세균간 정보교환을 방해하는 전이상태 유도체

영국 과학자들이 유해한 세균들의 의사소통을 가로 막음으로써 이들을 표적으로 하는 새로운 항생제를 개발 중에 있다. 대부분의 항생제들은 세균이 살기에 필수적인 과정을 억제한다. 이것은 가장 강한 종만인 살아남는다는 것을 의미하는 선택 압력을 형성한다. 결과적으로 나타난 항생제 저항성의 증가로 인해, 과학자들은 세균 감염을 치료하는 대안을 찾게 되었다. 그 중의 하나는 세균들 사이의 상호작용을 방해하는 것이라고 캠브리지대학(University of Cambridge)의 David Spring은 말했다. 정족수 인식(quorum sensing)이라 불리는 세포간 신호전달 기전이 숙주에 대해 세균들이 하는 나쁜 일인 병독성과 연관된 과정을 조절한다고 Spring은 설명했다. 이 과정을 방해함으로써, 과학자들은 세균들을 죽이거나 약물 저항성을 일으키지 않고, 세균들이 그들의 숙주에 해를 입히는 것을 막을 수 있다고 그는 덧붙였다.
(출처 : 한국과학기술정보연구원)

인터넷 주소 지금 이사 준비 중 - IPv6

2009-01-12T22:14:17Z

인터넷 주소 지금 이사 준비 중 - IPv6

[제 862 호/2009-01-12]

아침에 일어나 지하철 출근길에 스마트 폰으로 새로 사고 싶은 물건을 인터넷 서핑하고, 외근할 때나 친구와의 저녁약속 장소를 찾을 때도 스마트폰으로 위치를 확인한다. 낯선 장소에서 커피숍이나 맛집을 찾는 것도 문제없다. 스마트폰으로 IP 주소를 통해 인터넷에 접속하면 가게 검색에서 예약까지 가능하기 때문이다. 하지만 머지않아 IP 주소가 고갈될 위기가 다가옴에 따라 우리는 또 다른 해답을 찾아 나서게 되었다.

우리가 흔히 접하는 인터넷은 정보통신기술 중 가장 핵심 인프라라고 할 수 있다. 인터넷은 TCP/IP 통신프로토콜의 개발로 시작되었으며 그 성장은 인터넷프로토콜(Internet Protocol: IP)의 발전의 역사라고 해도 과언이 아니다. 단순히 IP라고 하면 주로 IPv4(IP 버전 4)의 인터넷주소체계를 의미한다. 이는 2의 32승 개의 자연수로 이루어진 주소체계이며 우리의 집 주소와 비슷한 의미를 가진다. 인터넷을 이용하는 모든 컴퓨터나 단말기는 반드시 인터넷주소를 하나 이상 가져야만 다른 컴퓨터나 인터넷과 소통할 수 있다.

그러면 2의 32승 개의 IP는 도대체 몇 개의 주소인가? 이는 약 43억 개의 고유한 주소를 표현할 수 있는 규모이며 전 세계의 인구보다는 다소 적지만 거의 1인당 1개 정도의 주소를 가질 수 있는 규모이다. 우리나라의 경우 이러한 인터넷주소를 이용하여 약 3400만 명이 이미 인터넷이용을 하고 있으며 전 세계적으로 무수히 많은 사람들이 인터넷을 이용하고 있다.

하지만 인터넷주소는 컴퓨터만 부여되는 것이 아니라는 것이 앞으로의 큰 문제점으로 대두된다. 즉 전 세계에 필요한 IP 주소는 무궁무진하여 중국, 인도와 같은 엄청난 인구를 보유하고 있는 국가에서 현재 폭발적인 인터넷인구의 증가로 실질적으로 인터넷주소의 부족현상이 심화되고 있으며 APNIC(아태지역 인터넷주소관리기구)의 보고서에 따르면 2010년 말이나 2011년 이후에는 부여할 수 있는 주소는 모두 고갈될 것으로 예측되고 있다.

이러한 문제를 IETF(국제 인터넷 표준화 기구)와 같은 표준화기구에서 미리 예견하고 IPv4를 대신할 수 있는 차세대인터넷주소체계인 IPv6(IP 버전 6)을 이미 1996년경에 표준화과정을 모두 마쳤다. 지금 우리가 쓰고 있는 IPv4의 주소의 표시는 134.75.255.255이고, 앞으로 다가올 IPv6의 주소의 표시는 2001:0320:0000:010a:3afe:0000:3afe:0001로 바뀐다.

자릿수가 늘어나고 2진수에서 16진수로 변화했지만 어떻게 보면 집 주소가 좀 늘어난다 해서 우리가 실생활은 별로 변화될 게 없어 보이니 똑같아 보인다. 단순히 주소가 길어지는 것이지만 이 변화는 상상을 초월할 정도로 엄청난 결과를 가져올 수 있다. 숫자의 길이가 표현할 한계는 과장되게 표현하면 전 세계의 모래알과 모든 사물에 IP를 할당해도 남을 정도라는 사실이다.

즉, IPv6에서는 단순히 2의 128승 개의 주소체계가 늘어난 것이 아니라 그간의 모든 문제가 한방에 다 해결된다는 의미가 있다. 실제로 인터넷의 목표인 우리가 꿈꾸고 계획했던 전 세계가 하나의 네트웍으로 연결되고 언제 어디서나 1:1로 전 세계 누구와도 네트워크가 가능한 세상이 IPv6로는 가능하다는 얘기이다. 요즈음 많은 사람들이 사용하는 휴대전화나 모바일 기기 특히 스마트폰과 같은 단말기는 대부분 IP 주소를 사용하고 있으며 향후에 전개될 이동성 개인 단말기도 대부분 IP 주소를 통해 통신할 수 있다.

그럼 우리 컴퓨터나 통신을 잘 모르는 사람에게 피부로 느낄 수 있는 사례에는 무엇이 있을까? IPv6가 보편적으로 이용되면 상상을 초월할 정도로 엄청나게 활성화될 것으로 보인다. 특히 P2P(Peer to Peer)가 P2G(Peer to Grid)형태로 패러다임이 이동할 것이며 지금보다 엄청난 위력이 될 것이다. P2P란 지금은 항상 서버를 경유해야 되는 형태지만 앞으로 P2G는 언제라도 고정된 IP를 가질 수 있는 것이다. 고정된 IP를 주소처럼 알려주고 어느 한 디렉토리에 공유시켜 파일 리스트업 정보를 업데이트시켜놓는다. 그다음에 검색할 프로토콜을 서로 맞추고 서로 허가된 PC 정보를 갖고 있으면 거의 무한대로 전 세계의 PC를 돌며 검색하는 것이 가능하다.

이것은 IPv6의 주요 특성인 변하지 않는 IP를 항상 유지할 수 있다는 것에서 전제되는 것이다. 지금은 늘 서버도 바뀌고 다운로드받는 PC도 변화하니 링크가 중간에 가다가 다음 서버를 못 찾아 깨질 수밖에 없지만 IPv6에서는 변하지 않는 주소로 계속 찾아다니는 것이 가능하다.

또한 지금처럼 인터넷 웹하드란 서비스 자체가 의미가 없게 되고 서로 합의하에 일정한 저장장치를 공유하여 쓰는 것도 가능하다. 한 사람의 하드용량이 부족하니 다른 사람에게 얼마 할당해주면 트래픽을 얼마 제공하겠다던가, CPU를 몇% 쓰는 것을 허용하겠다와 같은 서로서로 간의 일정한 거래 같은 것도 지금 온라인게임에서 아이템 거래하는 것처럼 수시로 가능해지고 활성화가 될 것으로 생각된다. 물론 서로 믿는 세상이 된다는 전제가 있어야겠지만 IPv6에서는 자신이 집 주소를 공개하는 것처럼 확연히 드러날 수밖에 없기 때문에 보안과 신뢰문제는 의심할 필요가 없을 것이다.

국내에서는 2001년부터 IPv6포럼코리아를 주축으로 IPv6 발전을 위해 매진하고 있다. 2007년까지는 다양한 분야에서 IPv6를 체험하고 시험할 수 있는 시범서비스를 전개하여 그 활용가능성을 시험하였다. 2008년부터는 공공부문의 IPv6 전환확산을 위하여 NIDA(한국인터넷진흥원)와 KISTI(한국과학기술정보연구원)가 공동으로 15개 공공기관 및 대덕특구 연구기관에 실질적인 IPv6 전환을 지원하여 각 개별기관이 IPv6로 전환했을 때의 문제점을 도출하고 안정적이고 효율적인 IPv6 전환가이드라인 발굴 및 배포에 노력을 기울이고 있다.

또한 많은 한국의 과학자들은 ITU(국제 전기통신연합)와 IETF 같은 국제통신 표준화기구에 IPv6 표준문서 발간 등 괄목할만한 성과를 도출하고 있다. 하지만 현시점에서 중요한 것은 이와 더불어 다각적인 정부의 지원 정책 및 공공, 민간부문 등의 자발적인 전환 움직임이다. 이제 곧 노트북이나 스마트폰 등에 곧 차세대인터넷주소가 자동으로 부여되고 언제 어디서나 이동성이 보장되는 세상의 중심에 당신이 활동하게 된다. 기관뿐만 아니라 개인의 자발적인 노력만이 새로운 IPv6 시대의 도래에 현명한 대처 방법일 것이다.

글 : 김승해 선임연구원(한국과학기술정보연구원)

희망 편지

2009-01-01T22:52:46Z

크고 명확한 목표는 삶을 충실하게 만듭니다.
큰 목표가 작은 목표보다 이루기 어려운 것이 아닙니다.
무슨 일이 있더라도 도중에 체념하지 않는 자세가 필요합니다.

특히 의심스러운 것을 앞에 두고
목표를 이루는 유일한 조건은 무엇이든 가능하다고 믿는 것입니다.

목표를 설정할 때는
현재의 상황, 환경, 자신의 능력, 과거의 경험으로부터 벗어나
순수한 기분으로 '나는 이것을 꼭 하고 싶다',
'이것을 할 수 있으면 정말로 기쁘겠다'는 마음가짐을 갖습니다.

우리 뇌는 마음 속에 가장 넓게,
그리고 가장 깊게 자리 잡은 생각을 향해 자력을 띠게 됩니다.
이 자력이 우리에게 어울리는 삶의 환경과 힘과 사람을 끌어옵니다.

목표를 종이에 쓴 다음 눈에 띄는 곳곳에 붙여 놓아 보십시오.
늘 목표 달성을 상상하고 있으면 힘들고 괴로울 때도 견딜 수 있습니다.

성취는 목표를 얼마만큼 이루고 싶어하는지에 대한
열망과 결심의 깊이에 비례합니다.

일지 이승헌-희망편지

산에서 살다

2009-01-01T22:51:34Z

"바다 속에는 소리 통로가 있다.
고래는 짝을 찾을 때나 무리와 아주 중요한
의사소통이 필요할 때 이 소리 통로를 이용한다."

그 소리 통로를 이용하여 고래들은 1,000리 이상
떨어진 곳에 있는 동료를 부른다고 한다.

얼마나 멀리까지 갈 수 있느냐 하면,
놀랍게도 호주나 뉴질랜드 바다에서 낸 고래 소리를
한국의 동해나 미국 서부 해안에서 들을 수 있다.

깊이 300미터에서 500미터 사이의 바다에
그 신비한 통로가 있다고 한다.

- 최성현의《산에서 살다》중에서 -

새해 복 많이 받으세요!!!

2008-12-31T23:05:43Z

새해 복 많이 받으시오!

꾸~~벅...

제발 2009년도에는 댓글을 주세요...호호호호

손난로 원리

2008-12-30T21:45:36Z

뜨끈뜨끈 주머니 손난로 그 원리는 무엇일까?

[제 855 호/2008-12-26]

찬바람이 씽씽 부는 크리스마스
현민이네 가족은 모처럼 트리 장식으로 멋지게 꾸며진 도심에 나가 크리스마스를 즐겼다.

“와~ 올해도 크리스마스트리가 멋지게 꾸며졌구나!”
“아빠 크리스마스트리가 예쁘긴 한데 너무 추워요. 어디 따뜻한데 들어갔으면 좋겠어요. 이를테면 먹고리아 햄버거 같은 곳 헤헤”
“현민이 요 녀석, 추운 것이 아니라 맛있는 것이 먹고 싶어 그런 거지?”
“아니에요. 진짜 춥다고요.”
“이럴 때 따뜻한 주머니 난로가 있으면 좋을 텐데… 현민아, 잠시 기다려봐. 엄마가 편의점 가서 주머니 난로 하나 사 가지고 올게.”
잠시 후 정 여사는 맑은 액체가 담겨 있는 주머니 난로를 사 가지고 왔다. 그리곤 액체 속에 있는 동전 같은 것을 두세 번 똑딱거리며 구부리니 주머니 속 액체가 하얗게 굳어지면서 열이 나기 시작했다.
“현민아 이거 주머니에 넣어두고 있으면 따뜻할 거야”
“와 따뜻하다. 엄마 이 주머니 난로 정말 신기해요. 어떻게 이렇게 따뜻해질 수 있는 거에요? 그리고 이건 한 번만 쓰고 버리는 거에요?”
주머니 난로가 신기했던 현민이는 엄마와 아빠에게 속사포처럼 물었다.
“우리 현민이가 주머니 난로에 대해 관심이 많구나. 그럼 우리 주머니 난로에 대해 한번 알아볼까?”
“네! 무지 무지 궁금해요. 그런데 햄버거 먹으면서 들으면 안 될까요?”
“하하 요 녀석 그럴 줄 알았다.”

추운 겨울이 되면 밖에서 일하는 분들과 군인 아저씨들, 어린 아이들에게 필수 아이템이 되는 주머니 난로 그 원리는 무엇이고 어떻게 만들어지는지 알아보자.

주머니 난로는 고운 쇳가루를 이용한 고체형 난로와 아세트산나트륨(Sodium Acetate)을 이용한 액체형 난로로 크게 2가지 방식으로 나눌 수 있다.

고체형 난로에는 쇳가루와 탄소가루, 염화나트륨 등이 들어 있는데 이를 잡고 흔들면 주머니 속의 고운 쇳가루가 공기 중의 산소와 반응하면서 열을 만들어 내는 산화 작용을 하게 된다. 이때 염화나트륨은 철의 산화 작용을 더욱 빨리 촉진 시키는 역할을 하며 이렇게 산화된 쇳가루는 다시 사용할 수 없다. 그래서 고체형 난로는 대부분 일회용이다.

이에 반해 아세트산나트륨을 이용하는 액체형 난로는 고체형 난로에 비해 여러 번 사용할 수 있는데 이는 액체형 난로에 사용되는 발열 물질의 특성 때문이다. 액체형 난로에 사용되는 아세트산나트륨은 초산 냄새가 나는 무색의 결정을 가진 고체다. 고체 상태의 아세트산나트륨에 물을 넣고 가열하면 물에 녹는 과정에서 가열한 열을 흡수하게 된다. 이때 과포화된 아세트산나트륨 용액은 물과 같이 투명한 액체 상태를 유지하게 되는데 용기나 비닐봉지 같은 곳에 담아 둘 수 있다. 그러나 외부의 작은 충격이 용액에 가해지게 되면 아세트산나트륨 용액은 물이 얼음 얼듯 순간적으로 딱딱한 고체 형태로 변하게 된다.

이 과정에서 아세트산나트륨이 가지고 있던 잠열을 방출하면서 굳어지게 되는데 이런 아세트산나트륨의 특성을 이용한 것이 바로 액체형 주머니 난로다. 완전 고체화되고 완전 발열이 다 된 다음 아세트산 나트륨을 다시 뜨거운 물에 넣게 되면 고체화된 아세트산나트륨은 액체로 변하면서 다시 잠열을 가지게 된다. 그리고 액체 주머니 난로 속에 들어 있는 작은 쇳조각은 과포화된 아세트산 나트륨의 충격을 주기 위한 장치다.

아세트산나트륨을 이용한 주머니 난로를 만들기 위해서는 우선 아세트산나트륨을 구해야 한다. 아세트산나트륨 대신 티오황산나트륨을 사용하긴 하지만 반응이 좋고 더 많은 열을 내는 것은 아세트산나트륨이다. 아세트산나트륨은 주머니 난로를 만들어 볼 수 있는 실험 Kit나 화공약품점에 가면 살 수 있다. 아세트산나트륨은 수산화성을 띄기 때문에 눈에 들어가거나 마시게 되면 매우 위험하니 실험할 때 특히 주의해야 한다.

[실험방법]
준비물 : 아세트산나트륨, 두꺼운 비닐봉지(한약 봉지나 유사봉투), 똑딱이 금속(클립도 가능), 일회용 스포이트

[실험순서]
1. 아세트산나트륨 100g을 비늘 봉투에 넣는다.
2. 물 12ml를 스포이드를 통해 넣고 나서 잘 저어준다.
3. 똑딱이 또는 클립을 봉투에 넣고 열 봉합기로 입구를 밀봉한다.
(열 봉합기가 없는 경우 다리미나 고데기로 봉합한다.)
4. 봉투를 물에 넣고 용액이 투명해 질 때까지 중탕 가열한다.
5. 완전히 다 녹은 것을 확인했으면 밖으로 꺼내 두고 식힌다.
6. 완전히 식으면 용액 속에 있는 똑딱이를 여러 번 꺾어 본다.

[실험 Tip]
- 봉투를 봉합할 때 새지 않게 주의한다.
- 화기를 사용할 경우 꼭 부모님과 같이 사용한다.
- 아세트산나트륨이 녹아 있는 용액을 너무 심하게 만지면 바로 결정이 생기므로 조심히 다룬다.

글 : 양길식 과학칼럼니스트

한국 달 탐사 2020에 발사

2008-12-30T21:43:00Z

2020년 한국 스스로 달 탐사에 나선다 우주인 탄생, KSLV-1 개발 그리고 달 탐사 계획

다사다난했던 한 해가 저물고 있다. 지난 2008년을 돌아보는 의미에서 사이언스타임즈는 10대 이슈를 선정해 사안에 대한 후속기사를 10회에 걸쳐 게재한다. 단순히 2008년에 무슨 일이 있었는지가 아니라, 그 사안이 어떤 영향을 미쳤고 현재는 어떻게 진행되고 있는지를 파악함으로써 2009년을 가늠하고자 한다. 이번에는 우리나라의 우주개발 기술에 대해 알아본다 [편집자 註]

클릭! 10대 과학이슈 올 한 해를 마감하며 과학기술계에서 가장 기억에 남는 뉴스는 무엇일까? 그것은 역시 국내 최초의 우주인 탄생이라고 할 수 있다. 올해 4월 8일 러시아의 소유즈호를 타고 국제우주정거장(ISS)에 올라가 무중력 상황에서 각종 과학실험을 진행하고 다시 성공적으로 귀환한 이소연 박사의 소식은 전 국민을 열광케 했다.

국민들에게 자긍심을 심어주면서 일약 국민적 영웅으로 부상한 이 박사의 뉴스는 과학기술계뿐 아니라 국내 언론의 모든 지면을 장식하는 최고의 톱뉴스가 됐다. 이 박사의 우주생활 일거수일투족은 국내는 물론 외신들도 큰 관심을 갖고 연일 보도했으며, 과거 미국과 구소련의 우주인들을 TV와 신문으로 지켜보며 부러워했던 국민들은 이 뉴스들을 보면서 격세지감을 느꼈다.

내년엔 더욱 굵직한 우주개발 뉴스가 실릴 전망이다. 1990년대부터 꾸준히 우주개발을 진행해온 우리나라는 현재 세계 7번째로 고해상도 관측위성을 갖고 있으며 전남 고흥 외나로도에는 우리 스스로 위성을 쏘아 올릴 수 있는 전초기지 나로우주센터가 완공을 앞두고 있다. 내년 상반기엔 우리 기술로 개발한 위성을 역시 독자 개발한 발사체(KSLV-1)로 쏘아 올릴 계획을 갖고 있다.

2020년경에 우리나라는 더욱 깜짝 놀랄 만한 뉴스를 준비하고 있다. 우리나라가 독자적으로 개발한 우주선이 드디어 달에 착륙하는 기사가 실릴 가능성이 높아졌기 때문이다. 우주개발에 박차를 가하고 있는 우리나라는 장기적 우주개발 계획의 일환으로 달 탐사 사업을 추진 중이다. 지난해 과기부가 달 탐사 계획을 발표한 데 이어 올해에는 이와 관련한 심포지엄 등 달 탐사와 관련한 우주계획이 전개되고 있다.

불붙는 우주경쟁과 달 탐사 계획

지난 8월 19일 오후 3시 양재동 서울교육문화회관 거문고 A홀에는 국내 과학기술 전문가들이 모였다. 교과부와 항우연이 주최하는 ‘제5차 우주개발 진흥전략 심포지엄’이 열려 향후 우리나라의 독자적인 달 탐사 능력을 논의하는 자리가 마련됐기 때문이다.

▲ 지난 8월 19일 열린 제 5차 우주개발진흥전략 심포지엄

먼저, 지난해 과기부의 공식적 달 탐사 계획 발표를 재확인하는 박종구 교과부 2차관의 인사말이 있었다.

박 차관은 “2000년대 들어 세계적으로 우주 탐사에 대한 관심과 경쟁이 재점화돼 지난해 9월과 10월 일본과 중국이 각각 달 탐사 위성인 ‘가구야’와 ‘창어 1호’를 발사했다”며 “우리나라도 2020년 내 우리의 발사체를 이용, 달 탐사 위성을 발사한다는 원대한 계획을 수립했다”고 밝혔다.

이어 한국과학재단 장영근 우주단장이 지난해 11월 발표된 우주개발사업 실천 로드맵을 통해 달 탐사 계획의 타당성 및 전략을 발표했다.

우주탐사 프로그램을 중장기적으로 추진 중인 우리나라는 2017년부터 2020년까지 달 탐사위성(궤도선) 1호를 개발하고 이어 2021년부터 2025년까지 달 탐사위성(착륙선 2호) 2호를 개발할 계획을 갖고 있다는 것이 장 단장의 발표 내용이다.

또 로드맵에는 지구관측용 위성체와 발사체 기술 자립 이후, 중장기적으로 우주탐사 프로그램을 준비하고 행성 탐사를 위한 우주과학 연구의 기초기반을 구축한다는 내용이 들어있다.

그러나 달 탐사는 의지만으론 곤란하다. 엄청난 기술적 난제와 경제적 타당성 문제에 둘러싸여 있기 때문이다. 이날 심포지엄에선 달 탐사 계획에 대해 각계 전문가들의 심도 있는 논의가 펼쳐졌다.

장 단장은 정치사회적 달 탐사의 목적으로 달 탐사를 통한 대국민 비전 제시, 국민 자긍심 고양, 우주 기반의 국가안보 역량 강화, 과학기술에 대한 관심 증진 등을 들었다. 경제적 타당성의 경우, 경제적 부가가치 창출 및 미래 신성장동력 산업 견인, 우주로의 활동영역 확장 및 우주 에너지자원 확보 등을 꼽았다.

또 “우리나라에서 달 탐사를 하려면 국민 누구나 인정하는 타당성이 있어야 한다”며 “오늘 주제발표를 위해 외국 자료를 검토한 결과, 중국에서도 달 탐사 이전에 타당성이 없다고 나왔지만 98년 재검토 후에 다시 타당성이 있는 것으로 나온 배경을 갖고 있다”고 덧붙였다.

ILN(International Lunar Network)은 미 항공우주국(NASA)이 제안한 국제 달 탐사 협력 프로그램으로 공통 탑재체를 실은 각국의 6∼8기의 착륙선을 달 표면에 고루 배치해 달 탐사를 수행하는 프로젝트다. 현재 이 프로그램에 서명한 9개국 중에 우리나라도 들어 있다.

장 단장은 “우리나라는 아직 달 탐사 경험이 미천하기 때문에 한국형 달 탐사에는 국제협력이 반드시 필요하다”며 “ILN 사업에 적극 참여해 한국형 달 탐사기술 및 경험을 구축해야 한다”고 강조했다.

달 탐사 계획을 총괄하고 있는 이상률 항우연 사업단장은 ‘달 탐사를 위한 소요 기술 분석’이란 주제발표를 통해 “우리가 자력으로 달 궤도선을 보내는 2018년 시기는 이미 일본, 중국, 인도 등에서 똑같은 임무를 수행한 지 10년 후의 일이다”며 “미국 역시 2020년경 달에 유인우주기지 건설을 발표했기 때문에 우리가 사업 착수 후에도 지속적인 비판이 있을 수 있다”고 말했다.

이 단장은 또 “우리나라 단독으로 수행키 어려운 유인우주사업이나 달기지 건설 참여시에 우리의 고유한 목표를 갖는 것이 협상에서 유리하다”고 덧붙였다.

궤도선, 착륙선, 귀환선 개발 등 3단계 목표

2008년 하반기에는 달 탐사를 향한 우리나라의 우주사업들이 더욱 가시화됐다. 지난 10월 20일 항우연은 한국형 발사체 KLSV-1을 공개했다. 길이 33m, 직경 3m, 무게 130톤의 웅장한 모습의 KLSV-1은 우주를 향한 우리나라의 의지를 담고 있다.

▲ KAIST 권세진 교수팀이 개발한 소형 달 착륙선

또 11월 27일 KAIST 항공우주공학과 권세진 교수는 소형 달 착륙선을 개발, 시험발사에 성공했다. 무게가 25kg이고 엔진은 최대 350N 정도의 힘을 낼 수 있는 이 소형 달 착륙선의 시험발사 성공은 달을 향한 우리나라의 도전사에 첫 획을 긋는 일이어서 관심을 끌었다.

또 지난 달 3일 항우연은 교과부에 ‘달 탐사 계획 수립을 위한 기획연구’란 제목의 보고서를 제출했다.

보고서는 우리나라가 궤도선 1호(2017년-2020년) 및 착륙선 2호(2021년-2025년)의 개발을 중장기적으로 진행하고 발사체 기술자립 전까지는 국제협력을 통한 우주탐사에 참여할 것과 미국 NASA가 주도하는 ILN 사업에 서명함에 따라 자력 달 탐사 수행을 위한 ILN의 활용 방안 등을 강구해야 한다는 내용을 담고 있다.

또 달 탐사의 수립배경으로 우리나라의 심우주 활동영역 확대, 최첨단 과학기술능력 제고, 미래 자원 확보 및 신산업 창출, 다음 세대를 위한 국가 생존전략 등을 제시하고 있다.

이 단장은 “중국은 세계 우주 선진국들에 비해 상대적으로 낮은 GDP를 보유하고 인도는 수억 명의 굶주리는 자국민이 있음에도 불구, 달 탐사에 투자하고 있다”고 말했다.

아울러 향후 우리나라의 달 탐사 가능성에 대해 달 탐사 궤도선의 독자 개발은 향후 7~8년 내에 가능한 것으로 내다보고 있다. 우리나라는 9기의 국내 위성개발 경험에 따른 위성체 개발 기술, 시험/조립 시설 등 인프라를 구비하고 임무 설계 경험을 보유하고 있기 때문이라는 것.

2018년 달 궤도선 자력 발사 진행

한국형 발사체(KSLV-II)를 이용, 달 탐사선을 발사시 달 전이궤도에 진입시키기 위한 고체 킥모터의 핵심기술은 이미 확보된 상태다. 단 1.5톤급 위성 대신 550kg급 달 탐사선과 고체 킥모터를 발사한다. 보고서에 나타난 달 탐사의 단계별 목표는 다음과 같다.

1단계 목표는 2018년에 달 궤도선의 자력 발사가 진행된다. 약 550kg급의 달 궤도선을 개발해 한국형 발사체로 발사하는 것이다. ILN 참여가 확정되면, 2016년 ILN 달착륙선을 해외 발사체로 발사할 가능성도 높다.

2단계 목표는 2020년에 달착륙선을 자력 발사하는 것. 즉, 약 550kg급의 소형 달 착륙선을 독자 개발, 2020년 경 한국형 발사체로 발사한다. 만약에 ILN의 참여를 통해 달 착륙선 개발을 위한 핵심기술을 대부분 획득하면 이 단계를 생략하고 3단계로 곧바로 추진될 수 있다.

▲ 항우연 이상률 다목적실용위성 5호 사업단장

3단계 목표는 달 샘플 채취 및 귀환이다. 2025년경에 달 착륙선과 귀환선 2기를 한국형 발사체로 발사, 달 궤도에서 도킹 후 지구로 귀환하는 것이다.

이 단장은 본지와의 전화 통화에서 “달 탐사 계획은 추진되고 있지만 아직 예산까지 확정된 것은 아니다“며 ”ILN 프로그램과 관련해 미국과 계속 연락을 취하고 있다“고 말했다.

현대 과학기술이 총망라되는 달 탐사 기술은 경제적으로 또 기술적으로 많은 어려움을 갖고 있는 사업이다. 세계 최초로 달을 밟은 미국 역시 수많은 실패 속에 성공했고 그 당시 미 국민들의 성원은 대단했다. 2020년경의 달 탐사 뉴스가 올해 우주인 탄생과 같이 멋지게 신문지면을 장식할지는 우리 국민 모두의 몫일 것이다.

미사일보다 빠른 제트 비행기

2008-12-30T21:29:10Z

미사일보다 빠른 극초음속 제트기

Sci-Focus 2008/12/29 09:31 by 과학향기

공상과학 영화나 전쟁영화를 무척 좋아하는 필자는 공중전을 하는 장면을 보면 어려서부터 항상 궁금한 것이 하나 있었다. 왜 비행기는 로켓보다 빨리 날 수 없는 걸까? 로켓으로 추진되는 미사일보다 빠른 비행기가 있다면 미사일로 격추되지 않고 신나게 날아다닐 수 있지 않을까 하는 물음이었다. 과연 그런 비행기가 있을까?

답을 먼저 얘기하자면 지난 2007년에 NASA는 마하 수 10으로 비행할 수 있는 강력한 스크램제트(scramjet) 엔진을 탑재한 무인항공기를 시험적으로 사용하여 실험 비행에 성공하였다. 1903년 라이트 형제가 인류 최초로 동력 비행에 성공한 이후, 1931년에 Whittle경이 터보제트 엔진을 발명하기 전까지, 항공기는 피스톤 엔진을 사용하여 추력을 발생시키는 방식이었다. 그러나 터보제트 엔진의 발명과 계속적인 발전에 따라 초음속 비행도 가능하게 되었으며 현재의 대부분 항공기는 터보제트 엔진을 사용하고 있다.

터보제트 엔진은 공기를 흡입하여 압축 후 연소한 다음 고온 가스를 분출시켜서 터빈을 회전시키는 원리로 움직인다. 이때 배출되는 가스를 이용하여 추진력을 얻는 것이다. 과정을 자세히 살펴보면, 우선 엔진으로 들어온 공기 속도를 감속시키는 확산기와 터빈이 함께 연결되어 회전하면서 공기의 압력을 높이는 압축기를 통과한다. 이 때 압력이 높아지면서, 연소실로 들어온 공기는 연료와 혼합․연소하여 열을 발생하며, 연소가스는 매우 높은 에너지상태로 변하게 된다. 그후 터빈을 통과하는 동안 터빈을 회전시켜 일을 발생시키며, 일차적으로 에너지 상태가 낮아진다. 연소가스는 다시 엔진의 노즐을 통과하면서 운동에너지로 변환되어 추력을 발생시키게 된다.

그러나 제트 엔진을 사용하여 얻을 수 있는 비행속도는 최대 마하 수 3 정도로 제한된다. 터보 제트 엔진을 이용할 때 비행속도가 제한되는 것은 두 가지 이유 때문인데 첫째는 압축기와 터빈이 회전하기 때문이고 두 번째는 연소실에서 상대적으로 연소가 느리게 진행하기 때문에 공기의 흐름 속도가 연소 가능한 속도로 감속되어야 하기 때문이다.(대체적으로 60~70m/sec 정도임)

비행속도가 빨라질수록 터빈과 압축기의 회전도 빨라지며 회전 속도(tangential velocity)가 초음속보다 커지게 된다. 이에 따라 충격파(shock wave)가 발생하고 터빈과 압축기의 효율이 급격하게 낮아진다. 따라서 비행속도가 3 이상인 경우에는 압축기와 터빈이 더 이상 엔진에 필요 없게 되며 이렇게 압축기와 터빈 없이 작동하는 엔진을 램제트 엔진(Ramjet engine)이라 한다. 그러나 여전히 공기를 압축하기 위한 장치가 필요하게 되는데, 엔진의 입구에 충격파가 발생하도록 확산기 입구를 설계하면 충격파에 의해 공기의 압력을 높일 수 있어 이러한 문제를 해결할 수 있게 된다.

하지만 렘제트 엔진을 사용하여도 마하 수 5 이상의 속도로 비행하는 것은 불가능하다. 이것은 연소실에서 연소가 원활하게 이루어질 수 있는 느린 공기속도를 유지하여야 하기 때문이다. 엔진으로 유입된 공기를 가능한 한 매우 낮은 속도로 감속시켜 연소가 가능하도록 해야 하기 때문에, 발생된 에너지의 일부분은 공기속도를 초음속으로 가속시키는 데 사용된다. 따라서 마하 수 5 이상의 비행속도로 가속하는 데 사용되는 에너지의 양이 적어져 비행속도가 제한된다.

비행속도를 마하 수 5 이상으로 하기 위해서는 연소실에서 초음속으로 공기가 흘러가면서 연소가 진행되도록 해야 한다. 이러한 연소를 초음속 연소(supersonic combustion)라 하고, 램제트에 사용되면 스크램제트 엔진(Super-sonic Combustion Ramjet engine)이라 한다. 따라서 스크램제트 엔진의 핵심 기술은 연소실에서 초음속 유동을 유지하면서 공기와 연료가 혼합되고 화학반응이 발생하여 연소가 유지되도록 만드는 기술이다.

세계 여러 나라에서 스크램제트 엔진에 대한 연구와 실험을 진행해 왔으며, 지난 2004년 NASA는 X-43A 스크램제트 엔진을 사용하여 마하 수 9.6의 비행에 성공했다. 또한 2007년 10월에는 X-43B 엔진을 사용하여 비행속도가 마하 수 10을 넘는 비행을 수행하는 데 성공했다. 1954년 최초의 초음속 전투기가 실전 배치된 지 50여 년 만의 일이다.

현재 세계의 여러 나라에서 사용하고 있는 미사일은 각각의 임무에 따라 매우 다양하지만 대부분의 추진 시스템은 고체추진로켓이며 비행속도는 마하 수 5 정도가 최대 속도이다. 우주왕복선이나 델타 로켓 등과 같은 우주발사체의 비행속도는 발사 후 가속되어 고도 100km의 상공에서 대략 마하 수 10 정도이다. 따라서 마하 수 10 정도로 비행할 수 있는 스크램제트 엔진을 장착한 극초음속(hypersonic) 항공기가 실용화되면 현재 사용하고 있는 미사일보다 더 빨리 비행할 수 있기 때문에 미사일을 사용하는 것이 무의미해 질지 모르는 일이다.

앞으로 50여 년 후 미래의 항공기와 미사일은 어떤 종류로 발전해 있을지 정말 궁금해진다. 그때의 미사일은 여전히 항공기를 격추할 수 있을 만큼 빠르게 날 수 있을지?

글 : 이창진 교수(건국대 항공우주공학과)