이미지 출처: NASA 우주선은 왜 반짝이는 포일을 둘렀을까요 등산 배낭 한구석이나 구급함 속에서 바스락거리는 은빛 비닐을 꺼내본 적이 있으신가요? 손바닥만 하게 접힌 얇은 막을 펼치면 어쩐지 과자 봉지 안쪽 같기도 하고 주방용 포일 같기도 해요. 바람만 불어도 쉽게 날아갈 것 같은 얇은 막이 체온을 지켜준다는 사실이 낯설게 느껴지기도 하죠. 사실 은박 막의 기원은 아주 멀고 혹독한 환경으로 거슬러 올라가요. 공기가 없는 칠흑 같은 우주 공간은 태양 빛을 정면으로 받으면 극도로 뜨거워지고 그늘로 들어가면 뼈속까지 얼어붙을 만큼 차가워져요. 극단적인 온도 차이를 버텨내기 위해 기술자들은 특별한 단열 방식을 고민해야 했어요. 1960년대 초 이후 거의 모든 NASA 우주선은 주로 열 복사 단열 등의 다양한 목적으로 금속화 필름을 사용해 왔어요. 우주선의 민감한 장비들이 고장 나지 않도록 차가운 냉기와 뜨거운 열기를 동시에 막아주는 방패 역할을 맡긴 셈이에요. 작고 가벼운 보호막이 거대한 우주 탐사를 뒷받침하는 든든한 외투가 되어 주었어요. 거울이 빛을 비추듯 열을 가두는 과학 우리가 느끼는 온기는 여러 경로를 거쳐 사방으로 흩어져요. 따뜻한 물체에 직접 닿아서 전해지거나 공기의 흐름을 타고 멀리 퍼져나가는 방식이 대표적이에요. 하지만 공기가 전혀 존재하지 않는 텅 빈 진공 상태에서도 열은 전자기파의 형태로 끊임없이 이동해요. 우리가 흔히 말하는 복사열이 바로 눈에 보이지 않는 빛의 파장처럼 전달되는 에너지예요. 겨울철 난로 곁에 가만히 서 있을 때 얼굴에 와닿는 따스함도 바로 보이지 않는 파동 때문이에요. 복사 에너지는 일반적인 솜이나 두꺼운 천을 그대로 뚫고 밖으로 달아나는 성질을 가지고 있어요. 이때 표면에 얇게 입혀진 은빛 금속 피막이 마법 같은 거울 역할을 해내요. 빛이 거울 표면에 닿으면 반사되어 튕겨 나가듯 빠져나가려는 온기도 금속 표면에 부딪혀 다시 안쪽으로 되돌아와요. 결국 두꺼운 솜옷처럼 부피를 차지하지 않아도 온기가 밖으로 새어 ...

이미지 출처: NASA 창문을 열 수 없는 방에서 냄새가 차오른다면 어떨까요? 반려동물과 함께 지내다 보면 집 안 공기에 신경을 자주 쓰게 돼요. 환풍기를 종일 돌리고 창문을 활짝 열어보아도 구석에 스며든 특유의 냄새는 쉽게 사라지지 않거든요. 문을 꼭 닫아두어야 하는 계절에는 방 안 공기가 더 텁텁하게 느껴지기도 해요. 매일 타고 다니는 자동차 안도 비슷한 고민을 안겨주곤 하지요. 에어컨을 켜는 순간 올라오는 눅눅한 냄새 때문에 필터를 주기적으로 교체하면서도 늘 아쉬운 마음이 남아요. 좁고 닫힌 공간에서 발생하는 냄새는 공기를 빠르게 탁하게 만들어요. 만약 창문 하나 열 수 없는 밀폐된 공간에 몇 시간 동안 갇혀 일해야 한다면 기분이 어떨까요? 생각만 해도 숨이 턱 막히고 머리가 지끈거리는 느낌이 들지요. 바로 이런 극단적인 환경을 매일 견뎌야 하는 물건이 바로 우주복이에요. 우주복 안에서 생기는 기체들은 어디로 사라질까요? 우주비행사가 입는 우주복은 바깥의 진공과 극심한 온도 변화로부터 몸을 지켜주는 작은 우주선과 같아요. 그렇다 보니 바깥에서 신선한 공기를 끌어올 방법이 전혀 없어서 안쪽 공기만 계속 순환시켜야 하지요. 사람이 몸에서 끊임없이 내뿜는 열기와 호흡 때문에 옷 안쪽은 유해 가스에 쉽게 노출돼요. 사람은 가만히 숨만 쉬어도 이산화탄소를 배출하고, 피부로 땀을 흘리면서 여러 노폐물을 내보내요. 밀폐된 옷 속에서 이러한 기체들이 빠져나가지 못하고 쌓이면 건강에 커다란 위험이 될 수 있어요. 작은 가스 성분 하나도 즉시 걸러내지 못하면 우주인의 시야를 가리거나 호흡을 곤란하게 만들거든요. 존슨 우주 센터와의 세 차례 SBIR 계약을 통해 이 회사의 시스템 개발에 자금이 지원되었어요. 해당 개발의 목적은 우주복 내의 암모니아와 포름알데히드를 걸러내고 우주선 내부 공기를 정화하는 것이었어요. 극한의 밀폐 공간에서 비행사의 안전을 지키려면 유해 성분을 남김없이 흡착하는 특수한 여과 장치가 꼭 필요했답니다. 자석처럼 유해 분자를 끌어당기...

이미지 출처: NASA 수영장에 다녀오면 왜 눈과 피부가 따가울까요? 더운 날 시원한 물에 뛰어들어 신나게 물놀이를 즐기다 보면 어느새 눈가가 붉어지고 살결이 뻑뻑해지는 기분이 들곤 해요. 물 밖으로 나왔을 때 코끝을 찌르는 특유의 냄새를 맡으며 서둘러 샤워실로 향했던 기억도 다들 한 번쯤 있으실 거예요. 물을 맑게 관리하려고 섞어 넣은 독한 물질 때문에 즐거웠던 물놀이 뒤끝이 개운하지 못할 때가 많지요. 공공시설에서 여러 사람이 함께 쓰는 물은 미생물이 번식하기 쉽기 때문에 위생 관리가 무엇보다 중요해요. 세균 번식을 막기 위해 흔히 사용하는 방법은 소독제를 물에 넉넉하게 풀어두는 것이 일반적이에요. 하지만 이런 약품은 유해 물질을 없애는 데 도움을 주면서도 이용자의 연약한 살갗에 불편함을 남기기도 하지요. 그래서 많은 시설 관리자들은 약품 냄새를 풍기지 않으면서도 수질을 깨끗하게 유지할 수 있는 깨끗한 방식을 끊임없이 고민해 왔어요. 매번 통을 들고 다니며 자극적인 용액을 붓지 않고도 수질을 맑게 다스릴 방법은 없을지 궁금증이 생기기 마련이지요. 눈이 시리지 않고 숨쉬기 편안한 물을 만날 수 있다면 얼마나 좋을까요? 아폴로 우주선은 어떻게 물을 깨끗하게 유지했을까요? 지구에서는 수도꼭지만 돌려도 시원한 물이 쏟아져 나오지만 우주 공간에서는 상황이 완전히 달라져요. 끝없는 어둠 속을 비행하는 우주선 안에는 실을 수 있는 짐의 무게와 부피가 매우 엄격하게 정해져 있지요. 한정된 자원만 싣고 떠나야 하므로 우주비행사가 마시고 씻을 물을 넉넉하게 챙겨가는 일은 무척 까다로워요. 이 기술은 원래 아폴로 우주선에서 물을 정화하기 위해 개발되었어요. 무거운 소독용 약품 통을 잔뜩 싣고 날아가는 대신, 작은 장치로 물을 안전하게 관리하는 방법이 절실했던 것이지요. 우주선이라는 밀폐된 공간에서 우주비행사들의 건강을 지키려면 작은 위험 요소도 철저하게 걸러내야 했어요. 우주에서는 물 한 방울도 헛되이 버릴 수 없기에 사용한 수분을 걸러서 다시 마실 수 있는 ...

이미지 출처: NASA 추운 날씨에 두꺼운 겉옷만 입어야 할까요? 한겨울 칼바람이 불어오면 누구나 옷장 깊숙한 곳에서 가장 두툼한 외투를 꺼내 입게 돼요. 여러 겹 껴입은 옷 때문에 몸이 둔해져서 지하철 계단을 오르내릴 때조차 굼뜨게 움직인 기억이 다들 있으실 거예요. 따뜻함을 지키기 위해서 활동성을 포기하는 상황이 매번 아쉽게 느껴지곤 해요. 추위를 막으려면 정말 솜이나 깃털을 가득 채운 옷만이 유일한 정답일까요? 가볍고 얇으면서도 살을 에는 듯한 바람을 완벽하게 막아주는 옷이 있다면 겨울철 야외 활동이 훨씬 자유로워질 것 같아요. 차가운 공기를 차단하는 기술이 조금만 더 발전한다면 우리의 옷차림도 전혀 다른 모습으로 바뀔 수 있어요. 실제로 눈 덮인 산을 오르며 이런 갑갑함을 깊이 고민했던 사람이 있었어요. 스위스 산 여행 후 오로스(Oros)의 공동 창립자 마이클 마케스베리는 더 얇고 가벼운 겉옷을 만들고 싶어 했어요. 무거운 방한복 대신 가벼운 첨단 소재를 일상에 적용할 방법이 없을지 찾아 나선 셈이에요. 공기를 가두어 열을 막는 에어로젤의 원리는 무엇일까요? 물질이 열을 전달하는 방식은 크게 전도, 대류, 복사라는 세 가지 경로로 이루어져요. 우리가 입는 일반적인 방한 외투는 섬유 사이에 공기층을 가두어 전도와 대류를 줄이는 방식으로 체온을 유지해요. 하지만 섬유 사이의 틈이 크면 기체 분자들이 여전히 움직이면서 온기를 외부로 빼앗기기 쉬워요. 에어로젤은 내부 부피의 대부분이 나노 크기의 미세한 구멍으로 이루어진 특별한 다공성 구조를 지니고 있어요. 기체 분자의 이동 경로보다 작은 수많은 미세 방들이 빽빽하게 갇혀 있는 형태라고 생각하면 이해하기 쉬워요. 기체 분자가 자유롭게 부딪치며 열을 전달하지 못하므로 대류와 전도를 획기적으로 억제하게 돼요. 고체 구조를 통해 전달되는 열의 양도 극히 적어서 고체 단열재 중에서도 손꼽히는 성능을 자랑해요. 손바닥 위에 이 특수 소재를 올려두고 아래에서 토치로 직접 불을 붙여도 위쪽 손바닥에는 열기...

이미지 출처: NASA 충전기에 꽂아둔 스마트폰이 뜨거워질 때 불안하지 않으셨나요? 퇴근길에 스마트폰을 들여다보거나 전동 킥보드를 타다 보면 문득 기기가 손에 쥐기 힘들 만큼 달아오르는 순간이 있어요. 손바닥에 전해지는 묵직한 열기를 느끼며 혹시 터지지 않을까 가슴을 졸여본 기억이 한 번쯤은 있으실 거예요. 현대의 에너지 밀도가 높은 배터리가 과열되거나 때로는 폭발하는 것을 막는 일은 매우 중요한 과제예요. 요즘 우리가 매일 들고 다니는 전자제품이나 타고 다니는 이동 수단에는 수많은 에너지가 작은 통 안에 꽉 들어차 있어요. 전력을 오래 유지하려면 좁은 부피 안에 최대한 많은 힘을 밀어 넣어야 하기 때문이에요. 하지만 에너지가 빽빽하게 모여 있는 만큼, 열이 조금만 갇혀도 주변으로 퍼져 나가면서 위험한 상황을 부를 수 있어요. 그래서 많은 연구자와 기술진은 이 위험한 열기를 어떻게 다스려야 할지 끊임없이 고민해 왔어요. 캘리포니아주 캠벨에 위치한 KULR 테크놀로지는 배터리 과열 방지 분야를 전문으로 하는 곳이에요. 작은 공간에 갇힌 뜨거운 기운을 순식간에 빼내는 기술이 우리 일상의 불안을 덜어주는 열쇠가 되고 있어요. 도미노처럼 번지는 열폭주는 어떻게 일어날까요? 배터리 안쪽은 눈에 보이지 않지만 수많은 화학 물질이 빽빽하게 들어찬 작은 방들과 같아요. 정상적인 상태라면 전기가 흐르면서 생기는 미열이 바깥으로 천천히 빠져나가며 일정한 온도를 유지해요. 그런데 내부 분리막이 찢어지거나 충격을 받으면 찰나의 순간에 합선이 일어나며 온도가 무섭게 치솟기 시작해요. 열이 급격히 올라가면 옆에 붙어 있던 다른 방들까지 그 뜨거운 열기에 휩싸여 차례차례 망가지게 돼요. 마치 촘촘하게 세워둔 도미노 블록 중 하나가 쓰러지면서 전체를 와르르 무너뜨리는 장면과 매우 닮았어요. 한 번 시작된 연쇄 반응은 사람의 힘으로 쉽게 멈추기 힘들어서 순식간에 불꽃이나 거센 연기로 번져요. 이런 끔찍한 연쇄 작용을 막으려면 열이 발생한 바로 그 자리에서 온도를 빠르게 가로...

이미지 출처: NASA 바람을 타고 허공을 가르는 날개는 어디서 왔을까요 주말에 패러글라이딩 명소나 탁 트인 언덕을 지나가다 보면 알록달록한 날개를 펼치고 활공하는 비행인들을 마주하곤 해요. 앙상해 보이는 뼈대에 커다란 천 한 장을 둘렀을 뿐인데, 거센 바람 속을 부드럽게 유영하는 모습이 마냥 신기하게 느껴져요. 저 가벼운 구조물이 어떻게 사람의 몸무게를 버텨내며 하늘을 자유롭게 떠다니는지 문득 궁금해지기도 하고요. 흔히 주말 레포츠로 즐기는 이 활공 날개 속에는 사실 차가운 우주 공간을 뚫고 지구로 돌아오려던 기술이 스며들어 있어요. 단단한 금속 날개를 지닌 일반 여객기와 달리, 접었다 펼 수 있는 부드러운 날개는 매우 특별한 배경에서 태어났거든요. 얼핏 단순한 스포츠 용품처럼 보여도 그 뿌리를 따라가 보면 까마득한 상공에서 펼쳐졌던 치열한 연구를 만나게 돼요. 지상에서 즐기는 취미 활동이 우주 탐사의 발자취와 맞닿아 있다는 사실은 생각보다 큰 울림을 주곤 해요. 허공에 몸을 맡긴 채 바람의 길을 읽는 비행 장비 뒤편에는 어떤 과정이 숨어 있었을까요. 무거운 기계를 띄우는 대신 바람의 힘을 유연하게 이용하고자 했던 사람들의 독창적인 발상을 따라가 볼게요. 팽팽한 천 한 장이 공중에 뜨는 비행 원리 공기가 날개 표면을 스쳐 지나갈 때 위쪽과 아래쪽에는 서로 다른 속도가 형성되면서 뚜렷한 압력 차이가 발생해요. 날개 윗면을 타고 넘어가는 공기가 더 빠르게 흐르면 압력이 낮아지고, 상대적으로 압력이 높은 아랫면이 날개를 공중으로 밀어 올리게 돼요. 이렇게 중력을 거슬러 물체를 허공에 떠받치는 힘을 바로 양력이라고 불러요. 금속판처럼 단단한 외피가 아니더라도, 얇고 부드러운 천에 바람이 가득 차오르면 둥그스름한 곡면이 자연스럽게 만들어져요. 바람을 맞으며 불룩하게 부풀어 오른 천 조각은 그 자체로 단단한 날개 못지않은 훌륭한 공기역학적 곡면을 완성해요. 우리가 어릴 적 넓은 들판에서 날리던 방패연이나 가오리연이 공중으로 솟구치는 것도 이와 완전히 동일...

이미지 출처: NASA 차가운 샌드위치를 데우다 답답했던 적 있나요? 냉동 피자나 식어버린 샌드위치를 데우려고 전자레인지나 일반 조리기를 켰다가 아쉬웠던 경험이 누구에게나 한 번쯤 있어요. 겉면은 축축하게 눅어버리고 가운데는 차가운 기운이 그대로 남아 입맛을 잃기 일쑤예요. 빵의 바삭한 결을 살리면서 속까지 골고루 따뜻하게 만드는 일은 생각보다 까다로워요. 기존 조리 기구는 보통 내부의 빈 공기를 천천히 데우는 방식을 사용해요. 공기가 전체적으로 뜨거워질 때까지 기다려야 하니 시간도 꽤 걸려요. 배가 고파 얼른 따뜻한 한 끼를 먹고 싶을 때는 그 몇 분의 기다림마저 유난히 길게 느껴져요. 밀폐된 통 속 공기를 한참 동안 덥히는 방식은 식재료의 겉과 속을 고르게 익히는 데도 한계가 있어요. 바깥쪽만 바싹 말라 질겨지거나 안쪽은 미지근하게 남아 맛의 균형이 깨지기 십상이에요. 바쁜 일상에서 빠르면서도 갓 만든 요리의 온기와 결을 되찾아주는 조리기구를 바라는 마음은 누구나 비슷해요. 그런데 내부 공간 전체를 데우지 않고 음식 자체에 뜨거운 바람을 곧바로 쏘아주는 기술이 있어요. 바람을 집중적으로 쏘아 조리 시간을 크게 줄이고 갓 구운 듯한 식감을 살려내요. 식탁 위에서 만나는 이 편리한 열풍 조리 방식의 바탕에는 우주 탐사를 위한 연구가 있었어요. 바람으로 차가운 공기층을 걷어내는 원리 차가운 음식 주변에는 얇은 공기층이 마치 얇은 외투처럼 둘러싸고 있어요. 이 경계층은 열이 음식 속으로 파고드는 것을 방해하는 역할을 해요. 일반적인 가열 방식에서는 이 미세한 보호막 때문에 열이 천천히 전달될 수밖에 없어요. 추운 겨울날 두꺼운 솜옷을 입고 서 있으면 찬바람이 피부에 바로 닿지 않는 것과 비슷한 이치예요. 음식 주변에 달라붙어 있는 이 정체된 층은 열이 스며드는 것을 막는 단열재 역할을 톡톡히 해요. 잔잔한 열기로는 이 장벽을 뚫고 지나가는 데 오랜 시간이 걸릴 수밖에 없어요. 이때 강한 속도로 뿜어져 나오는 뜨거운 공기 기류가 음식 표면에 부딪히...