주유소에서 나와 달리는데 차 안에서 시큼한 냄새가 스친 적 있나요? 창문을 내려도, 보닛을 열어 봐도 어디서 나는 건지 도무지 알 수 없던 찜찜함이요. 냄새라도 나면 다행인데, 색도 냄새도 없는 기체가 새고 있다면 무엇으로 알아챌 수 있을까요? 이 질문을 품고 이야기를 시작해 볼게요. 이미지 출처: NASA 냄새도 색도 없는 기체는 어떻게 알아챌까요? 수소는 색도 냄새도 없는 기체예요. 코로도 눈으로도 확인되지 않으니 사람의 감각만으로는 새는 순간을 알아채기 어려워요. 게다가 아주 가벼워서 빠져나오면 금세 위로 흩어져 버려요. 공기와 섞이면 불이 붙을 수 있는 기체라서, 조용히 새는 상황을 놓치면 곤란해져요. 그래서 기체를 대신 느껴 주는 장치가 필요해요. 일반적으로 가스를 감지하는 장치 중에는 기체가 닿으면 재료의 전기 저항이 바뀌는 성질을 이용하는 것이 있어요. 저항이 바뀌면 흐르는 전류의 세기도 달라지니, 그 차이를 신호로 읽어 낼 수 있어요. 문에 달린 벨이 사람이 지나가면 울리듯, 기체가 닿으면 신호를 보내는 작은 알림 장치라고 생각하면 쉬워요. 로켓 연료 배관은 이어 붙인 부위가 많아요. 발사 전후에는 사람이 가까이 가기 어렵거나 위험한 환경이 되기도 해요. 그런 곳에서는 사람이 일일이 확인하기보다 누출을 자동으로 감지하는 장치를 여러 곳에 두는 편이 현실적이에요. 각 장치가 보낸 신호를 한곳에서 모아 보면 어디가 이상한지 곧바로 가늠할 수 있어요. 주방 벽의 가스 경보기나 천장의 연기 감지기도 같은 발상이에요. 사람이 잠든 밤에도 대신 지켜보다가 이상이 생기면 소리로 알려 주니까요. 눈에 보이지 않는 위험을 맡아 주는 작은 물건이 이미 우리 집에도 있는 셈이에요. 평소에는 존재조차 잊고 지내다가 울리는 순간에야 고마움을 느끼게 되죠. 추진제가 새는 것을 막으려면 무엇이 필요했을까요? NASA는 조립, 발사 전 작업, 비행 중 추진제 누출 탐지 능력을 개선하려 했어요. 이 노력의 목적은 수소 전달 시스템을 조립하고 유지하...

비행기 창가 자리에 앉아 이륙을 기다리다 보면 엔진 소리가 생각보다 조용하다고 느낄 때가 있죠? 옆자리 사람과 목소리를 높이지 않아도 대화가 이어지면 문득 궁금해져요. 이만큼 다듬어지기까지 누가 어떤 시험을 거듭했을까 하고요. 보잉 777에는 여러 NASA 현장 센터에서 다듬어진 기초 및 응용 연구, 기술, 공기역학 지식이 담겨 있어요. 이 여객기를 둘러싼 연구의 갈래를 차근차근 따라가 볼게요. 이미지 출처: NASA 창가 좌석 아래에는 어떤 연구가 숨어 있을까요? 비행기에 오르면 우리 눈에 들어오는 건 좌석 번호와 창문, 안전 안내 영상 정도예요. 기체 안쪽에 어떤 연구가 쓰였는지는 탑승권 어디에도 적혀 있지 않죠. 냉장고 문을 열면서 벽 속 단열재까지 떠올리는 사람이 드문 것과 비슷해요. 기록에 따르면 이 여객기에는 여러 NASA 현장 센터에서 다듬어진 연구와 기술이 담겨 있어요. 그 지식에는 기초 연구와 응용 연구가 모두 포함돼요. 요리에 빗대면 밀가루가 왜 부푸는지 파고드는 일이 기초 연구, 그 지식으로 빵집 레시피를 만드는 일이 응용 연구에 가까워요. 공기역학이라는 말이 어렵게 들린다면 달리는 차창 밖으로 손을 내밀던 장면을 떠올려 보세요. 손바닥을 활짝 펴면 바람에 확 쏠리고 비스듬히 세우면 슬며시 빠져나가는 그 감각이 출발점이에요. 그 감각을 꼼꼼히 기록해 키워 온 것이 공기역학이라고 생각하면 편해요. 이 글에서 이름이 나오는 센터는 랭글리 연구센터, 마셜우주비행센터, Ames 연구센터예요. 이름이 낯설어도 괜찮아요. 뒤에서 차례로 짚어 볼 테니까요. 엔진 소리와 공항 주변 소음은 어떻게 다뤄졌을까요? 공항 가까이 사는 사람들은 머리 위로 비행기가 지나갈 때마다 대화를 멈추곤 해요. 창문을 닫아도 텔레비전 볼륨을 올리게 되는 순간이 누구에게나 있죠. 비행기를 타는 사람에게는 잠깐 스치는 소리여도, 그 아래 사는 사람에게는 일상의 배경음일 수 있어요. 랭글리 연구센터가 내놓은 혁신 중에는 승객과 공항 주변 주민을 위해 엔진 등...

스프레이 캔으로 자전거 프레임이나 낡은 의자를 칠해 본 적 있나요? 처음엔 쉬워 보이는데, 손이 잠깐만 멈춰도 그 자리에서 페인트가 주르륵 흘러내려요. 그렇다면 철도 화물차 한 대를 통째로 칠해야 한다면 어떨까요? 이 글은 그 막막한 질문을 따라가 보는 이야기예요. 이미지 출처: NASA 철도 화물차를 칠하는 공장에는 무엇이 들어섰을까요? 캐나다 온타리오주 미시소가의 Vadeko International이 Canadian National Railways(CN)를 위해 로봇 도장 시스템을 개발했어요. 철도 화물차를 칠한다고 하면 커다란 붓을 든 사람들이 먼저 떠오르지 않나요? 그 공장의 구조를 하나씩 따라가 볼게요. 이 로봇 도장 공장에는 나란히 놓인 도장 부스 한 쌍이 있어서 호퍼카 두 대를 동시에 칠할 수 있어요. 계산대가 나란히 열린 마트를 떠올려 보세요. 줄이 여러 갈래로 나뉘어 흘러가는 풍경과 닮지 않았나요? 한 곳이 붐벼도 옆 계산대가 열려 있으면 마음이 한결 놓이잖아요. 각 부스에는 로봇이 세 대 있어요. 그중 둘은 벽에 설치된 레일을 따라 움직이며 외부를 분사해요. 세 번째 로봇은 철도차량 지붕의 해치를 통해 내려가 내부를 칠해요. 페인트칠을 해 본 분이라면 겉면과 안쪽이 전혀 다른 작업이라는 걸 아실 거예요. 여러 개의 팔이 한자리에서 움직이는 장면은 북적이는 주방과 비슷해요. 한 명이 국을 젓는 동안 동료는 불 앞에서 팬을 흔들고, 막내는 오븐 안쪽을 살피잖아요. 각자 맡은 자리가 달라야 서로 부딪히지 않고 일이 흘러가요. 로봇 팔이 페인트를 고르게 입히는 원리는 무엇일까요? 스프레이 노즐은 액체 페인트를 아주 가는 구멍으로 밀어내면서 눈에 보이지 않을 만큼 작은 알갱이로 쪼개요. 이 알갱이들이 안개처럼 퍼져 날아가다가 표면에 닿으면 서로 이어 붙으면서 얇은 막이 돼요. 분무기로 물을 뿌릴 때 물방울이 퍼지는 모습과 크게 다르지 않아요. 문제는 손으로 칠할 때 거리와 속도가 조금씩 흔들린다는 점이에요. 노즐이 표면에 가까울...

비 오는 날 신호 대기 중에 앞차 브레이크등이 확 켜지면, 발끝에 저절로 힘이 들어가요. 그럴 때 내 차를 길바닥에 붙들어 주는 둥근 고무는 도대체 어떤 과정을 거쳐 만들어졌을까요? 그 궁금증을 따라가다 보니 생각지도 못한 곳까지 가게 됐어요. 이미지 출처: NASA 타이어 회사는 왜 우주 기관의 소프트웨어를 찾았을까요? 자전거 앞바퀴에 바람이 빠졌을 때를 떠올려 보세요. 평소엔 바퀴가 무얼 하는지 의식조차 못 하다가, 일단 흐물거리면 그제야 얼마나 큰 짐을 지고 있었는지 알게 되죠. 자동차 바퀴라면 더 말할 것도 없겠죠. 새 우산을 살 때 살대를 구부려 보며 튼튼한지 가늠해 본 적 있나요? 겉모습만으로는 알 수 없는 속이 궁금해지는 순간이죠. 타이어를 볼 때도 똑같은 궁금증이 드는 건 저만이 아닐 거예요. 굿이어는 더 강하고 안전한 타이어를 설계하기 위해 MAC 소프트웨어를 취득했어요. 이 소프트웨어는 나사의 미시역학 해석 코드(Micromechanics Analysis Code)예요. 이름이 길고 낯설어서 벌써 어렵게 느껴지시나요? 차근차근 풀어 볼 테니 걱정하지 않으셔도 돼요. 굿이어는 나사 글렌 연구센터와 Great Lakes Industrial Technology Center가 구성한 컨소시엄을 통해 이 소프트웨어의 사용 계약을 얻었어요. 컨소시엄이라는 단어가 낯설다면, 같은 반 친구들이 모여 만든 동아리쯤으로 상상해 봐도 좋아요. 그 상상을 안고 다음 이야기로 넘어가 볼까요? 이 해석 소프트웨어 안에는 무엇이 들어 있을까요? 요리 앱을 열면 레시피와 재료 목록이 나란히 떠 있어서, 따로 찾아 헤맬 필요가 없죠. 계산 도구를 열었을 때도 그런 편안함이 있다면 좋겠다고 생각해 본 적 있나요? 이제 소프트웨어의 속을 슬쩍 들여다볼게요. MAC 소프트웨어에는 내장 재료 데이터베이스와 여러 대표 체적 요소(representative volume elements)가 포함되어 있어요. 이름만 보면 딱딱한 용어가 줄줄이 이어지는 느낌이죠. 서...

퇴근길에 버스 뒤를 따라가다 보면 바퀴가 맨홀 뚜껑을 밟는 순간 '덜컹' 하는 소리가 나요. 별생각 없이 지나치지만, 그 둥근 쇳덩이는 하루 종일 크고 작은 차의 무게를 받아내고 있어요. 길 위에는 이렇게 눈에 띄지 않아도 묵묵히 힘을 견디는 물건이 꽤 많아요. 이번 글은 그런 바닥 위의 물건을 다시 보게 하는 소재 이야기예요. 가볍게 만들면서 튼튼하게도 만드는 일은 생각보다 어려워요. 여행 가방을 쌀 때 짐은 줄이고 싶은데 가방은 든든했으면 하는 마음과 똑같아요. 건물을 짓는 사람도, 비행기를 만드는 사람도 같은 욕심을 품고 일해요. 그 욕심을 따라가 보면 뜻밖에도 샌드위치가 등장해요. 이미지 출처: NASA 맨홀 뚜껑 위를 지날 때 왜 덜컹거릴까요? 덜컹거리는 소리는 바퀴가 바닥의 높낮이 차이와 만날 때 나요. 뚜껑이 조금만 들떠 있어도 무거운 차가 지날 때마다 충격이 되풀이돼요. 길 위의 물건은 가만히 있는 것 같지만 사실 하루 종일 망치질을 당하는 셈이에요. 그래서 바닥에 놓이는 재료는 갑자기 오는 큰 힘보다 반복되는 힘을 견디는 능력이 중요해요. 묵직한 쇠 뚜껑을 손으로 들어 보려 한 적이 있나요? 무게가 곧 든든함처럼 느껴지지만, 옮기고 여닫는 사람에게는 부담이 되기도 해요. 그렇다고 얇고 가볍게만 만들면 휘거나 깨지기 쉬워요. 가벼움과 튼튼함은 시소의 양쪽 끝에 앉은 아이들처럼 한쪽이 올라가면 다른 쪽이 내려가기 마련이에요. 이런 고민은 바닥뿐 아니라 다리와 배, 비행기에서도 비슷해요. 가벼우면 연료도 덜 들고 옮기기도 쉬운데, 약해지면 안 되니까요. 그래서 재료를 연구하는 사람들은 오래전부터 같은 무게로 더 강하게 만드는 숙제를 붙들어 왔어요. 이 숙제는 끝이 보이지 않는 계단 오르기와 닮았어요. 가볍고 단단한 구조는 어떤 원리로 만들어질까요? 종이를 넓게 펴서 양쪽 끝을 잡고 들면 축 처져요. 그런데 얇은 종이 판 사이에 빨대를 촘촘하게 끼워 붙이면 같은 종이로도 훨씬 덜 휘어요. 바깥의 판은 늘어나고 줄어드는...

욕실 벽에 붙은 오래된 스티커를 떼어 본 적 있나요? 손톱으로 긁다가 드라이어까지 꺼냈는데, 끈적한 자국만 남아 한숨 쉬던 장면이요. 작은 스티커 하나도 이렇게 애를 먹이는데, 로켓이나 비행기처럼 거대한 물체의 페인트라면 어떨까요? 이번에는 그런 커다란 물체의 겉면을 벗겨내는 기술 이야기를 들려드릴게요. 이미지 출처: NASA 거대한 로켓 통의 페인트는 어떻게 벗겨냈을까요? 발사 장면에서 불꽃을 뿜으며 솟아오르는 로켓을 화면으로 본 적 있을 거예요. 그렇게 커다란 몸체에 칠해진 페인트는 나중에 어떻게 벗겨낼까요? 기록의 첫 장면은 마셜 우주비행센터(MSFC)가 USBI(현 프랫 앤 휘트니)에 우주왕복선 고체로켓 부스터의 도장과 열보호재를 고압수로 벗겨내는 시스템 개발을 맡긴 것이에요. 열보호재는 뜨거운 열이 안쪽으로 전해지지 않도록 겉을 감싸는 소재를 말해요. 냄비 손잡이에 씌운 실리콘 덮개를 떠올리면 쉬워요. 그러니 벗겨낼 대상은 페인트 한 겹만이 아니라 열보호재까지 포함돼 있었어요. 고압수는 말 그대로 압력을 높여 내보내는 물이에요. 이 시스템은 고압의 물을 분사하는 방식을 기반으로 해요. 고압 세척기로 자동차를 씻어 본 사람이라면 손끝에 전해지던 묵직한 반동이 기억날 거예요. 집 벽을 다시 칠하기 전에 묵은 페인트를 사포로 긁어내 본 사람이라면 그 준비 작업이 얼마나 품이 드는지 알 거예요. 벽 한 면이 아니라 로켓 통 하나라면 그 품은 훨씬 커지겠죠? 이런 일을 사람 손이 아닌 어떤 방식으로 맡겼을지 궁금해지네요. 물줄기가 페인트를 벗겨내는 원리는 뭘까요? 정원 호스 끝을 엄지손가락으로 반쯤 막아 본 적 있나요? 물이 가늘어지면서 훨씬 멀리, 세게 뻗어 나가요. 같은 양이 좁은 구멍으로 빠져나가려니 속도가 빨라지기 때문이에요. 빨라진 물줄기는 그만큼 큰 힘을 실어 나르죠. 고압수 방식은 이 원리를 힘껏 키운 거예요. 펌프로 물에 강한 압력을 걸고 아주 가는 노즐로 내보내면, 힘이 작은 한 점에 모여요. 그 한 점이 페인트 층의 미세...

이미지 출처: NASA 겨울 아침 앞유리의 성에, 하늘에서도 생길까요? 겨울 아침에 출근하려고 차에 올랐는데 앞유리가 하얗게 얼어붙어 있어서 당황한 적 있지 않나요? 히터를 켜 놓고 성에가 녹기만을 기다리며 시계를 힐끔거리는 몇 분은 유난히 길게 느껴져요. 그래도 땅 위에서는 얼음이 걷힐 때까지 가만히 서 있으면 그만이에요. 급한 마음에 유리 한 귀퉁이만 쓱 닦고 출발하는 사람도 있죠. 하늘 위에서는 사정이 달라요. 비행기는 멈춰 서서 기다릴 수가 없으니까요. 구름 속을 지나는 날개 표면에 얼음이 울퉁불퉁 달라붙는다면 어떤 일이 생길지 한번 상상해 보세요. 성에가 낀 유리 앞에서 느끼는 답답함과는 비교도 안 될 만큼 긴장되는 순간일 거예요. 비행기 날개는 공기를 가르며 떠오르는 힘을 만들어 내는 부분이에요. 매끈해야 할 그 면이 거칠어지는 건 반죽이 들러붙어 엉망이 된 도마 위를 보는 것과 비슷해요. 그래서 날개에 얼음이 맺히는 일은 조종사에게 큰 걱정거리일 수밖에 없어요. 겉으로는 얇은 막 하나가 낀 정도로 보여도 말이에요. 이 문제를 어떻게 풀어 갔는지 하나씩 따라가 볼게요. 켈리 에어로스페이스 서멀 시스템스 LLC는 글렌 연구센터의 연구자들과 함께 제빙 기술 작업을 했어요. 연구자와 기업이 손을 잡으면 어떤 물건이 나올까요? 이름이 낯설어도 괜찮으니 천천히 읽어 주세요. 전기가 열로 바뀌는 원리는 무엇일까요? 식빵을 넣은 토스터 속에서 빨갛게 달아오르는 선과 전기장판이 따뜻해지는 건 같은 원리예요. 전기가 도체를 지나가다 걸림돌을 만나면 그 저항이 열로 바뀌거든요. 도체가 가늘수록, 흘려보내는 전기가 많을수록 더 뜨겁게 달궈져요. 헤어드라이어에서 뜨끈한 바람이 나오는 것도 이 원리와 가까운 이야기예요. 이 사례의 Thermawing은 열전식 제빙 시스템이에요. 열전이라는 말은 전기와 열이 맞물려 일어나는 현상을 폭넓게 가리켜요. 서로 다른 두 물질의 접합부에 전류를 흘리면 한쪽 면은 뜨거워지고 반대편은 차가워지는 열전 효과도 그중 하나예요...