새로운 ‘에어로젤’, 안전한 지구귀환 책임지나?

에어로젤이란 물질에 대해서 들어본 적이 있나요? 

에어로젤은 지구 상에 존재하는 가장 가벼운 고체 물질로 1930년대 미국의 키슬러(Kistler)가 개발한 것입니다. 이 물질은 고체로 눈에 보이지 않는 공기구멍을 많이 가지고 있는데 전체 부피의 95% 이상이 공기가 들어있는 공기구멍이랍니다. 열의 전달을 막는 단열효과뿐만 아니라 소리의 전달을 막는 방음 효과도 무척 큰 물질입니다. 에어로젤은 기본적으로 규소산화물(SiO2)로 만들어지며 화성에 간 로보(Rover:행성의 환경, 자원 등을 탐사하는 장비)와 건물을 지을 때의 단열재로써 사용되었으나 매우 깨지기 쉽다는 단점을 가지고 있습니다.

NASA(미항공우주국)의 글렌 연구센터(클리블랜드 소재)에서는 에어로젤 기술에서 혁명적이라고 할 만한 두 가지의 첨단 과학 방법을 발전시켰습니다. 첫째는 폴리머로 강화된 에어로젤을 만드는 방법으로 이 에어로젤은 기존의 에어로젤과 같은 단열 효과를 보이나 훨씬 강합니다. 글렌 팀은 또한 특수 섬유를 첨가해 잘 깨지지 않으면서 1,100℃에서도 타지 않는 에어로젤 만드는 기술을 개발한 한국인 공학자 이강필 박사가 세운 아스펜 에어로젤 회사와 폴리머로 강화된 에어로젤을 만들기 위해 협력했답니다. 

다른 방법은 폴리머를 기초로 하는 에어로젤을 만드는 방법으로 이 에어로젤은 85%~95%의 공기구멍을 가지고 있어 가볍고 열전도율이 기존의 에어로젤과 비슷하며 아주 강하고 내구성과 유연성이 좋아 구부릴 수 있는 얇은 필름으로도 만들 수 있다고 합니다. 폴리머라는 것은 작은 단위의 물질을 연결한 고분자 물질을 말하는 것으로 우리 주위에서 많이 볼 수 있는 고분자 물질로는 플라스틱이 있습니다.

글렌 연구센터에서 개발한 얇은 폴리머 에어로젤은 우주 분야에 어떻게 적용될 수 있을까요?

우주선이 우주에서의 임무를 마치고 대기권을 진입할 때는 대기와의 마찰 때문에 열이 발생하여 1000℃ 이상으로 온도가 올라가며 지구로 귀환 시에는 빠른 속력으로 하강한답니다. 따라서 우주선이나 귀환 캡슐은 높은 온도와 속력을 견딜 수 있어야 합니다. NASA에서는 우주선의 속력을 감속시키고 안전하게 하강하여 지구나 화성, 혹은 대기가 있는 다른 행성에 착륙할 수 있는 장치를 개발하기 위한 HIAD(Hypersonic Inflatable Aerodynamic Decelerator) 프로젝트를 진행하고 있습니다. 

HIAD는 일종의 우주 브레이크라고 할 수 있는 장치로 HIAD의 열 방어 시스템에는 탑재물을 보호하기 위한 단열재로써 에어로젤이 사용됩니다. 글렌 연구센터에서 개발한 폴리머를 기초로 하는 얇은 필름형 에어로젤은 HIAD 프로젝트에 알맞은 물질일 것입니다. 현재 HIAD의 열 방어 시스템에는 아스펜 에어로젤 회사에서 만든 에어로젤 단열재를 사용하고 있습니다. 

이처럼 새롭게 개발된 폴리머 에어로젤은 극저온 환경이나 차세대 우주복, 단열 텐트, 건축물 등 효과적인 단열을 필요로 하는 곳에 활용될 수 있을 것으로 보입니다.

끊임없이 새로운 물질을 개발하고 발전시키는 과학자들의 노력이 참 놀랍습니다. 이러한 과학자들의 노력은 미래를 놀라움이 가득 찬 세계로 만들지 않을까요? 아마도 우주선을 타고 다른 행성으로 현장학습을 가게 될지도 모릅니다. 현장학습용 우주선과 우주복을 만들 주인공들은 바로 미래의 과학자를 꿈꾸는 여러분일 것입니다.

글 : 김지연(서울백운초등학교 교사)

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