로켓의 역사

우주 탐사에서 우주란 무엇을 의미하는가 우주여행의 전문 용어로, 미 항공 우주국은 공식적으로 우주 공간은 지표면으로부터 고도 100km 이상으로 정의했다. 이는 천문학에서 정의하는 공간 과는 매우 다른 것이다. 일반상대성이론에 따르면 공간은 우주 안에 있는 천체에 의해 휘어질 수 있는 3차원적 구조다. 우주선을 어떻게 우주로 발사할까? 로켓은 현재까지 인간이 지구에서 우주로 물체를 쏘아 올릴 수 있는 유일한 방법이다. 로켓은 자신의 추진제를 가지고 있는 운송 수단이다. 추진제는 연소를 통해 가스로 바뀌면서 열을 받고 뒤로 분사함으로써 로켓을 밀쳐내어 고속으로 가속된다. 그러면 로켓은 뉴턴의 운동 제3 법칙에 의해 앞으로 나아가게 된다. 발사 장치들은 다른 로켓 꼭대기에 위치한 연속된 일련의 작은 로켓으로 구성된다. 가장 큰 로켓이 대부분의 추진력을 담당하지만, 가장 무겁기도 하다. 그 때문에 연료를 다 쓰고 나면 로켓에서 분리된다. 결과적으로 남은 로켓은 질량이 줄어들어 효율적으로 나아갈 수 있게 된다. 이러한 연속적인 다단 로켓을 통해, 탑재물은 우주 공간 또는 목표 궤도에 도달하거나 지구 중력을 벗어날 수 있을 만큼의 속도를 얻게 된다. 20세기 이전의 로켓은 어떻게 개발되어왔을까? 160년경, 고대 그리스의 수학자 헤론은 회전하는 구 형태이고, 증기로 추진되는 뜨거운 가스 연소식의 첫 번째 로켓이라고 불릴 만한 장치를 고안해냈다. 그러나 실제 로켓은 중국인에 의해 처음 발명되었는데, 9세기에 고체 추진제의 화약을 사용한 것이었다. 13세기 중국에서는 간단하고 운반이 용이한 로켓들이 종교의식과 축하연에 사용되었다. 부정확하고, 단거리용 장치인 이것은 질산칼륨 목탄 그리고 황의 혼합물로 추진제를 얻었다. 이들은 아시아와 유럽에 걸쳐 널리 사용되었다. 18세기가 시작될 즈음 로켓은 전쟁에 효과적인 무기로 자리 잡기 시작했다. 당시 프랑스 군대는 비록 폭죽에 관한 것이었지만 로켓 설계에 있어 선구적인 위치를 차지했다. 그 후 1790년대에, 인도 군인들이 로켓들을 사용해 영국군을 여러 전투에서 무찔렀다. 이 로켓들은 무게가 약 4.5kg 정도이고, 날카로운 대나무 막대에 붙여서 약 1.6km를 날아갈 수 있었다. 초기 로켓들은 비록 정확도가 낮았지만, 많은 표적을 상대로 대량으로 발사되면 굉장히 위협적이었다. 1804년에 영국군 장교 윌리엄 콩그리브는 약 3.2km를 날아가는 로켓을 개발했다. 이 로켓들은 메릴랜드 주의 볼티모어와 포트 매킨리에서 붉은 섬광들을 만들어냈던 로켓들로 미국의 시인 프랜시스 스콧키로 하여금 하는 시의 영감을 얻게 하기도 했다. 스콧의 시는 한 세기가 지난 뒤에 미국의 국가가 되었다. 우주 로켓을 설계하고 제작한 선구자는 러시아의 공학자 콘스탄틴 치올콥스키와 미국의 과학자 로버트 고더드. 그리고 독일의 물리학자 헤르만 오베르트는 오늘날 우주선에 사용되는 로켓의 선구자들이라고 할 수 있다. 비록 이 세 사람이 같이 일한 적은 없지만 개별적인 노력이 합쳐 20세기와 21세기의 국제 우주 계획을 생성하게 되었다. 치올콥스키가 행한 중요 연구는 항공 여행에 대한 실험 1903년에 라이트 형제가 처음으로 동력 비행기를 날리기 전에 이미 한 바 있다. 그는 러시아에서 처음으로 풍동을 만들어 비행기가 날아가면서 생기는 기류를 연구했다. 또 1895년에 우주여행에 대한 아이디어를 발표했고, 3년 후에는 오늘날까지 과학자들이 사용하는 로켓과 우주여행에 대한 기본 개념을 제안했다. 진정한 선구자였던 치올콥스키는 이 분야에서 다른 어떤 과학자보다 앞서 있었다. 그가 이르기를 인간들은 우주에서 밀봉된 선실 안에서 산소가 공급되는 경우에만 살아남을 수 있다고 했다. 1903년에는 '반작용 장치를 이용한 우주 공간 탐험 제목의 논문을 출판했는데, 로켓 추진과 액체 연료의 사용에 대한 그의 아이디어를 담고 있다. 고더드가 행한 주요한 연구는 무엇인가? 로버트 고더드는 어려서부터 우주여행과 로켓에 매료되었다. 1919년 그는 로켓 연구에서 이제는 고전이 된 ' 극고에도 도달하는 방법' 발간했다. 그는 로켓이 결국에는 달에 다다를 것이라는 가능성을 제기했다. 그리고 수많은 실험과 실패 끝에 1926년 액체 연료로 추진되는 세계 최초의 로켓을 발사했다. 이 4.5kg짜리 로켓은 매사추세츠주 오번의 양배추밭에서 발사되었으며 약 12m 올라가서 약 56m 거리를 날았다. 이후 20년에 걸쳐, 그는 로켓 연구를 크게 발전시켰으며 점화 연료 시스템에서부터 유도 제어와 낙하산 회수까지 로켓 운항의 각 간계에 대해 연구했다. 1930 년에는 세계 최초의 전문 로켓 시험장을 뉴멕시코의 로스웰에 설치하고 로켓을 2km 상공까지 성공적으로 쏘아 올렸다. NASA의 고더드 우주비행센터는 그의 로켓에 대한 선구적인 업적을 기리기 위해 설립되었다. 오베르트가 행한 주요 연구는 무엇인가 헤르만 오베르트는 트란실바니아에서 태어났으며, 10대 떄 자신의 첫 번째 로켓을 만들었다. 그는 독일에서 고등 교육받았으며, 로켓의 수학 이론과 우주 비행의 실용적 고려에 관한 박사 논문을 썻다. 그가 쓴 논문 ' 로켓을 이용하여 행성 간 공간으로' 는 지도 교수로부터 거절당했으나, 나중에 수정을 거치고 확장되어 '우주 비행의 길' 로 출간되었다. 오베르트는 고체 추진 로켓과 달로 갈 수 있는 운송 수단에 대해 연구했다. 그러면서 우리는 우주에 대한 로켓을 손에 넣었다.