화성의 대기 상태와 가장 비슷한 성층권까지 실험장비들을 싣고 올라갈 고고도 과학 기구(氣球)가 비행 시험과 해상 회수에 성공했다. 향후 화성 항공기 성능 시험과 우주 방사선 테스트를 국내에서 자체적으로 할 수 있는 길이 열렸다는 평가가 나온다.
이관중 서울대 기계항공공학부 교수 연구진은 지난달 27일 강원도 삼척에서 고고도 과학 기구를 띄우고 5시간 뒤 울릉도 남동쪽 해상에서 회수하는데 성공했다고 20일 발표했다.
해외에선 성층권에 비행선이나 과학 기구를 띄운지 50~60년이 됐지만 국내에서 성층권에 기구를 올린 것은 처음이다. 고고도 과학기구는 지름 7m인 공기주머니에 헬륨을 채워 띄우는 방식이다. 원격으로 가스를 넣고빼는 방식으로 고도를 조절할 뿐 방향을 바꾸는 추진장치를 달지 않았다.
오전 8시 10분 삼척 해안을 출발한 기구는 서풍을 타고 동해쪽으로 날아가 약 1시간 뒤인 오전 9시21분 최고고도인 16.4㎞에 도달했다. 기구에는 약 20㎏의 화물을 실었다. 기구는 이 지점에서 지상국과 기구에 설치한 이리듐 위성전화와의 교신을 통해 기낭에서 실험 장비를 실은 화물을 분리하고 낙하산에 실어 해상으로 떨어뜨렸다.
이 화물은 오전 10시 18분쯤 울릉도 남동쪽 해상 63㎞ 지점에 떨어졌고 같은 날 오후 1시 20분쯤 연구진은 미리 예측한 낙하지점에서 최종 회수하는데 성공했다. 해상에서 과학 기구에서 떨어뜨린 낙하물을 회수한 건 일본에 이어 두 번째다. 이를 위해 바람 방향과 대기 상태에 따라 기구 이동경로를 추적하는 고도의 예측 프로그램을 개발했다.
성층권에 과학 기구를 올리는 이유는 우주와 가장 가까운 환경에서 다양한 실험을 할 수 있기 때문이다. 지상 16.4㎞의 성층권은 구름과 비바람이 부는 대류권의 위쪽에 있고 공기 밀도가 53%로 낮다. 이 교수는 “이번에 실험한 기구는 20㎏의 화물을 실었지만 기구 크기를 늘리면 1t이상 실험장비도 올릴 수 있다”고 말했다.
연구진은 정신규 경희대 교수 등이 추진 중인 화성 항공기 시험을 성층권에서 진행할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 성층권 대기 밀도는 화성과 거의 유사해 과학 기구에 항공기를 실어 올린 뒤 활공 시험을 진행하는데 안성맞춤인 환경이다. 연구진은 이 기구를 이용해 우주와 유사한 마이크로중력 환경과 우주선이 내리쬐는 성층권에서 각종 과학실험을 진행할 수 있다고 보고 있다.
국내에선 성층권 비행선 개발이 추진됐지만 실패했다. 과학 기구는 비행선과 달리 간단하다는 장점이 있지만 국내에선 대부분의 육지가 비행금지구역으로 설정돼 있고 인구가 밀집해 있어 화물의 낙하 위험 때문에 시도하지 않았다.
하지만 일본우주항공연구개발기구(JAXA)는 53㎞ 상공까지 띄워 올리는 과학 기구를 일본 대학의 연구진에게 서비스로 제공하고 있다. 일본 대학들은 이 기구에 실험장치를 실어 성층권에서 각종 과학실험을 진행하고 있다.
이 교수는 “이번 비행시험을 통해 과학 기구 설계 제작 기술, 원격 제어 임무장비 체계 개발, 비행궤적 예측, 기구 발사 및 회수 등 효율적인 우주환경 시험 플랫폼 제공을 위한 운용기술을 확보했다”며 “향후 50㎏ 이상의 대형 과학기구를 설계해 화성탐사선의 저밀도 환경에서의 거동을 분석하기 위한 낙하시험을 진행할 것”이라고 밝혔다. 이번 연구는 한국연구재단 지원으로 이뤄졌다.
박근태 기자 kunta@hankyung.com
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