人工宇宙装置で ‘健啖合金’も可能だか

인공우주장치로 ‘건담 합금’도 가능할까

| 기사입력 2009-08-07 03:10 | 최종수정 2009-08-07 04:29 [동아일보]

《“적 전차를 한 방에 꿰뚫는 강력한 탄환을 만든다. 노트북이나 휴대전화의 배터리 사용시간을 수십 배 늘린다.”

지구에 자연적으로 존재하는 물질로는 이런 소재를 개발하기 어렵다.

지금보다 몇 배나 단단한 초금속, 전기저장량을 30배나 높인 물질이 있어야 하기 때문이다.

과학자들이 대신 찾은 곳은 우주 공간이다.

정확히 말하면 진짜 우주를 본뜬 ‘인공 우주’다.》

세계 8번째 ‘진공-무중력 공간’ 구현우주와 환경 유사해 각종 실험 가능안깨지는 금속-저장량 늘린 배터리 등‘만화영화 같은’ 신소재 개발 기대

○ 국내 첫 인공우주실험실

국내에서 첫 인공우주실험실이 등장했다. 한국표준과학연구원 이근우 연구원은 2년간 4억 원을 들여 인공우주를 구현한 ‘정전기식 공중부양장치’를 국내 최초로 개발했다. 우주공간과 비슷하게 ‘진공과 무중력의 공간’을 만드는 장치다. 세계에서는 8번째로 개발됐다.

진공을 만드는 것은 어렵지 않다. 펌프로 공기를 뽑아내면 된다. 그럼 어떻게 중력을 없앨까. 이 장치는 지구의 중력과 똑같은 힘을 내는 전기장을 중력 반대 방향으로 걸어준다. 중력과 전기장이 상쇄되면서 장치 안에 물체를 놓으면 우주인처럼 공중에 붕 떠오른다. 50mg의 시료라면 0.00005N(뉴턴)의 전기적인 힘을 위로 쏴준다. 이 장치는 고출력 레이저로 공중에 뜬 물질을 섭씨 4000도까지 가열할 수도 있다. 이근우 연구원은 “장치를 거의 완성했을 때 실험용 물체가 제자리에 떠 있지 않고 엉뚱한 곳으로 튀어나가거나 마구 날아다녀 고생했다”며 “물체에 실을 매달고 한 달 동안 미세하게 조정한 끝에 장치를 완성했다”고 말했다.

로켓용 신소재를 연구하고 있는 한국항공우주연구원 이호성 책임연구원은 “중력은 재료과학 연구자들에게 가장 큰 걸림돌”이라며 이 장치를 반겼다. 중력이 있는 지구에선 실험물질을 꼭 어딘가에 ‘올려’ 두어야 하며, 액체는 용기에 담아야 한다. 다른 물질이 닿아 있으니 당연히 실험결과에 오차가 생긴다. 녹는점이 섭씨 3033도에 달하는 오스뮴(Os) 같은 물질은 담아둘 용기조차 없다. 연구팀이 개발한 공중부양장치는 이런 한계를 극복해 ‘꿈의 실험’을 가능하게 한다. 주로 우주연구기관이 이 장치를 사용할 것으로 전망된다.

○ ‘메이드 인 스페이스’ 신소재

1979년 처음 방영된 일본 애니메이션 ‘기동전사 건담’의 주인공 로봇은 달에서만 제련할 수 있는 ‘루나티타늄’이라는 금속으로 만든다는 설정을 갖고 있다. 대포보다 큰 120mm 포탄을 맞아도 끄떡없고, 고열이나 방사능도 차단한다. 우주에서는 지구보다 더 뛰어난 소재를 만들 수 있을 거라는 상상력이 만들어 낸 가상의 물질이다. 과학자들은 인공우주실험실에서도 ‘만화영화 같은’ 신소재를 만들 수 있을 거라고 기대한다.

미국항공우주국(NASA)은 1992년 인공우주실험실에서 ‘비결정질 금속’이라는 신소재를 개발했다. 금속이 깨지는 이유는 물질이 결정 형태로 굳어 있기 때문인데 비결정 금속은 결정을 이루지 않아 잘 깨지지 않는다. 이 기술은 현재 전차의 장갑판, 대포알의 탄두, 고탄력 테니스라켓 등 다양한 첨단물질을 만드는 데 응용되고 있다. 일본우주항공연구개발기구(JAXA) 연구진도 2006년 비슷한 실험장치를 이용해 전기저장량을 30배나 늘린 배터리용 신물질을 개발했다.

아무리 인공 우주라도 진짜 우주만 할 수는 없다. 그래서 국제우주정거장(ISS)을 거대한 우주실험실로 활용하는 방법도 모색되고 있다. NASA는 이미 우주정거장에 소재 개발을 위한 실험장치를 운영하고 있으며 일본도 곧 비슷한 장치를 설치할 예정이다. 이근우 연구원은 “처음에는 국내에 이 장치를 아는 사람이 없어 일부에선 ‘쓸모없는 일을 한다’는 냉소도 많았다”며 “앞으로 이 장치를 활용해 나노미터 크기의 초미세 반도체 소자를 연구할 계획”이라고 말했다.

대전=전승민 동아사이언스 기자 enhanced@donga.com

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