이 글을 읽기전에 먼저 이런 잡담을 하게된 이전 글들을 읽어 보시면 좋을 것 같습니다.

• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #1 - 이야기의 발단
• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #2 - 이야기의 가정
• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #3 - 이야기의 시작
• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #4 - 본격적인 이야기
• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #5 - 초광속비행
• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #6 - 광속엔진
• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #7 - 우주전함의 무기체계
• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #8 - 에너지 빔 무기
• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #9 - 우주전함과 입자빔
  

우주선에 관한 기술이 발전되고, 우주 항해를 위한 동력 문제가 충분히 해결된다면, 우주에서 사람이 탑승한 우주선을 고속으로 운행하는데 최고의 걸림돌은 가속에 따른 관성에 법칙에 의한 압력이 될 것이다.

이미지 출처: 위키백과

전투기의 조종사를 살펴보았을때 4G 이상이 되면 시야가 흐려지고 5G 이상이 되면 의식을 잃을 수 있다. F-16 전투기는 (일시적으로) 최대 9G 까지 압력을 받을 수 있다고 한다.

조종사 들이 착용하는 슈트가 1~2G 가량 압력을 줄여주는 효과가 있다는 것을 고려했을때, 미래에 더 좋은 슈트가 개발되어 2G 가량의 압력을 항상 줄여 줄 수 있는 효과를 가진다고 가정 했을때, 우주전함의 가속은 6G 이상으로 지속 하는 것은 불가능해 보인다. 여기에 항행시 장애물의 급속 회피 동작을 고려하면 5G 정도가 안전한 가속 일 것 같다. 이것도 처음 출발이나 도착시에 잠시간의 시간만 사용 가능 할 것 이다. 긴 항해동안 정해진 자리에 꼼짝 말고 앉아서 압력만 견디면서 갈 수는 없기 때문이다. 밥도 먹고 화장실도 가야한다. 출발시에 잠깐 급가속 한후에는 평 가속으로 돌입 해야 하는데 이 경우 슈트를 고려하더라도 3~4G 이상은 힘들다. 그리고 전투시 격한 움직임을 고려하면 전투 속도는 3G 이하의 가속으로 사용 가능 할 것 같다.

이 정도의 속도가 우주공간에서 얼마나 빠른 속도인지 알아보기 위하여 아래의 표를 살펴보자. 일단 한가지 절대적인 가정은 광속의 99% 의 속도 이상은 낼 수 없다는 것이다.

압력	가속	가속시간	이동거리
1G	초속 9.8m,시속 35km	350일	4조5천억km = 0.5광년 = 3만AU
3G	초속 29.4m,시속 105km	116일	1조5천억km = 0.16광년 = 1만AU
5G	초속 49m,시속 176km	70일	9천억km = 0.09광년 = 6천AU
10G	초속 98m,시속 350km	35일	4천5백억km = 0.047광년 = 3천AU
25G	초속 245m,시속 882km	14일	1조8백억km = 0.019광년 = 1천2백AU
100G	초속 980m,시속 3528km	3일	4백50억km = 0.005광년 = 300AU

1초에 초속 9.8미터(시속 35킬로미터)씩 계속 가속하면 1G의 압력을 가지게 된다. 이 경우 광속의 99% 속도까지 가속 하는데 350일이 걸린다. 이동한 거리는 약 44,942억 킬로미터, 태양에서 명왕성까지의 거리(약 60억 킬로미터)의 450배 거리(약 0.5광년)이다. 탄도 요격 미사일의 경우 최대가속도는 100G 라고 한다. 이 경우 3일만에 광속의 99% 까지 가속이 가능하고, 가속에 필요한 거리는 450억 킬로미터(0.005광년, 300AU), 명왕성 거리의 7.5배 이다. 만약 0.5광년 거리의 적을 찾아낼 수 있다면, 연료만 충분 하다면 185일 (약 6개월) 후에 타격이 가능하다는 이야기 이다.

이렇게 되면 우주전함에서 공격을 위한 가장 중요한 시스템은 아마 레이더와 같은 탐지장비가 될 것이다. 전파 망원경과 비슷한 구조의 수동 탐지장치로 약 1광년 이내의 적의 존재를 식별 할 수 있어야 할 것이며, 0.5광년 이내의 적의 위치를 탐지 할 수 있을 정도는 되어야 한다. 500만 키로미터 이하의 거리에서는 레이저 측정 장치와 같은 능동적 탐지장치로 적의 정확한 위치를 거의 오차 없이 계산 할 수 있어야 하겠다. (이렇게 되면 잠수함의 능동 소나와 수동소나와 비슷하다)

또한 안전을 위하여 우주선에 피해를 입힐 수 있는 콩알만한 아주 작은 물체까지도 최소한 100만 키로미터 이하의 근접거리에서 탐지 가능 하여야 한다.

탐지 거리가 이정도 된다고 가정 했을때 능동적으로 적을 찾아서 갈 수 있는 유도 미사일 공격 체계의 경우 적의 위치를 탐지 할 수 있는 최대거리인 약 0.5광년의 거리에서 발사 가능하며, 적이 광속의 99% 속도로 이쪽으로 곧장 날아오고 있다고 한다면 약 3개월 후에  타격이 가능하다. 직사 무기인 빔 종류의 공격 거리는 빔 자체의 발사거리와 상관 없이 목표의 오차없는 정확한 위치를 알 수 있는 거리와, 목표까지 빔의 궤도(반입자 빔은 자기장등에 의하여 궤도가 휠 수 있기 때문에 궤도 보정을 통한 발사 각도를 계산 할 수 있어야 한다)를 계산 할 수 있는 거리에 의해서 결정 될 것 같다. 약 500만 키로미터의 목표를 타격 가능 할 것 같다. 이때 목표를 타격 하는데 까지의 시간은 약 30초 (조준 및 발사 10초 미만, 발사후 목표까지 약 20초 미만) 미만 정도 일 것이다.

우주에서 함대전이 발생 한다면 약 4조 5천억 킬로미터에서 적이 발견 되면 일단 먼저 장거리 유도 미사일을 발사 하고 승무원들을 준비시켜 가속을 시작하여 2~3개월 동안 항해하여 몇천억 킬로미터 이하까지 거리를 좁힌 다음 전투속도 이하로 감속하고 단거리 유도 미사일을 발사하여 미사일 전을 개시하고 일주일 안에 몇백만 키로미터 이하로 접근 하게 되면 단거리 포격전이 이루어 질 것 같다. 장거리 미사일이나, 단거리 미사일이나, 포격전에서 모두 1발만 맞으면 우주의 재로 화하게 된다.

가장 근접한 400만 키로미터의 거리는 지구에서 달까지 거리의 10배 이상. 지구에서 금성까지 거리의 20분의 1이하 되는 거리로, 적의 영상을 눈으로 확인 하는 것은 불가능(만화에 나오는 우주전함의 함교는 필요 없는 물건이다) 할 테고, 빔마저도 몇십초, 미사일은 몇일 만에 결과를 알 수 있는.. 마치 눈으로 볼 수 없고 소나에 의지하여야 하며, 느릿느릿 기어가는 어뢰로 싸워야 하는 잠수함전과 매우 흡사한 전투 방식이 될 듯 하다.

이렇게 해서 일단 계획한 분량의 글은 전부 다 쓰긴 썼습니다. ^^ (휴우)
이제부터는 차차 연표, 배경, 기타 과학적 자료들.. 에 관한 글들을 생각 날때 마다 쓸 생각 입니다.
일단 중력이나, 항해에 관한 문제에 대해서 우주전함의 구조에 대해서 먼저 시작할 예정이고, 그 다음에 대상이 되는 외계인에 대한 고민 등을 해 볼 생각 입니다. 생각 보다 자료조사에 시간이 많이 들어서. 글이 얼마나 주기적으로 올라 올찌 모르겠습니다만, 의외로 재미 있어서 차근 차근 하나하나 써볼 생각 입니다. 나중에 글이 어느정도 모이면 그때 무얼 할까 생각 해보기로 하고, 일단 지금은 흥미가 땡기는 대로 이것 저것. ^^

이 글을 읽기전에 먼저 이런 잡담을 하게된 이전 글들을 읽어 보시면 좋을 것 같습니다.

• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #1 - 이야기의 발단
• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #2 - 이야기의 가정
• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #3 - 이야기의 시작
• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #4 - 본격적인 이야기
• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #5 - 초광속비행
• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #6 - 광속엔진
• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #7 - 우주전함의 무기체계
• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #8 - 에너지 빔 무기
  

먼저 번 글에서 우주전함의 주포로는 입자빔이 가장 유력하다고 했다. 그럼 입자빔을 주포로 가지는 우주전함은 어떤 모습과 특징을 가지게 될까 살펴 보도록 하자.

입자빔에는 여러가지 종류가 존재 하게 되는데, 여기서 우주전함에 사용하려는 입자빔은 위력이 가장 강하다고 생각 되는 "반입자"를 사용하는 방식이다. 이 경우 대기중에서는 사용이 불가능 하고, 우주에서만 사용이 가능하며, 빔의 진행이 자기장등에 영향을 받을 수 있다는 단점을 가지게 된다.

일단 주포의 모양은 입자의 가속을 위한 충분한 길이의 가속장치가 필요하다. 입자빔의 가속에는 현재 100~500미터 정도의 가속 장치가 필요 하지만 현재보다 미래를 가정하기 때문에 50미터로 줄일 수 있을 것이다. 포신은 50미터가 된다. (그럼 900mm 함포 정도 된다. 현대 전함에서 쓰는 150~300mm 함포의 3~6배 이상 길이) 50미터의 포신으로 입자를 1초안에 광속에 가까운 속도로 가속하는 것이 가능하여야 충분하다. 그리고  입자빔을 발사할때의 반동이나 입자빔의 위력을 고려할때 한번 발사 할 때 333그람의 반입자를 사용하는 것이 좋겠다. 이 정도의 반입자를 만드는데 현재는 600억 와트의 전력과  4일 정도의 시간이 필요하지만, 획기적인 기술발전으로 상온 핵융합엔진을 사용하여 전력을 공급하고, 반입자를 만들어 두었다가 발사 하는 것이 가능해 진다고 생각 하자. 그렇게 되면 50미터의 포신을 가진 333그람의 반입자를 광속에 가까운 속도로 약 3초에 한번씩 발사 하는 주포의 모양이 그려진다.

자 이제 주포의 위력을 살펴보자. 1톤의 바위를 부수는데 10만쥴이 필요하다고 한다. 반입자 1그람이 통상의 소립자와 충돌하면, 180조 쥴의 감마선을 방사하며 소멸 한다고 한다. 그럼 반입자 1그람으로 180억톤의 바위를 부술 수 있고, 333그람의 반입자를 쏘는 주포 한방은 약 6경 쥴의 감마선으로 약 6조톤의 바위를 날려 버릴 수 있다. 미국이 비키니 군도에서 실험한 수소폭탄이 방출한 감마선의 약 20배의 양이다. 이 정도면 우주전함의 주포로써 손색이 없을 정도의 위력이다. (이런 주포 6문을 탑재한 우주전함의 위력은 대단할 것 이다) 그리고 속도 및 사정거리는 1초에 약 30만키로미터 거리의 목표를 맞출 수 있을 것이고, 5초에 150만키로미터의 목표를 맞출 수 있을 것이다.

입자빔을 사용하는 주포는 레이저와는 다르게 엄연히 무게를 가지는 입자를 가속하는 방식이기 때문에 발사시에 반작용이 생기게 된다. 이 반작용은 포탄의 무게와 가속도에 의하여 영향을 받는데, 아무런 지지대가 없는 우주에서 1초 안에 광속에 가까운 속도로 입자를 가속하는 방식을 쓸때는 꽤 문제가 되게 된다. (전함이나 전차가 함포나 전차포를 발사 하는 경우, 물이나 땅의 지지를 받을 수 있고 발사속도가 느리기 때문에 문제가 되지 않는다) 입자가 준비된 후에 발사 하는데 1초가 걸린다고 가정 하면 입자는 속도 0 에서 광속에 가까운 초속 30만 키로미터까지 1초동안 가속 된다는 이야기 이다. 이때 걸리는 힘을 계산해 보면 (뉴턴의 제 2법칙(운동의 법칙)에 따르면 힘=질량X가속도 이고, 가속도=속도의변화량/시간 으로 나타낼 수 있다) 힘=333그람X초속30만키로미터 의 값이 나오게 된다. 이 값은 10만톤X초속1미터의 힘과 동일한 값이다. 즉 우주전함의 무게가 10만톤 일때(세계 2차 대전 당시 독일의 비스마르크가 4만1천7백톤, 일본의 전함 야마토는 6만5천톤, 현재의 미 항공모함 니미츠는 10만톤 이상 무게가 나간다) 주포를 한번 발사 할 때마다 초속 1미터(시속 3.6 키로미터)로 뒤로 밀린다는 뜻이다. 이 정도 반동은 감당할 수 있지 않을까 한다.

어느 미래에 50미터의 길이 주포로 10초 안에 150만 키로미터 위치의 목표를 수소폭탄보다 센 위력으로 타격 할 수 있는 10만톤 무게의 우주전함이 나타나는 것은 충분히 가능 할 것 같다. ^^

이 글을 읽기전에 먼저 이런 잡담을 하게된 이전 글들을 읽어 보시면 좋을 것 같습니다.

• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #1 - 이야기의 발단
• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #2 - 이야기의 가정
• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #3 - 이야기의 시작
• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #4 - 본격적인 이야기
• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #5 - 초광속비행
• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #6 - 광속엔진
• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #7 - 우주전함의 무기체계

앞에서 우주전함의 주포에 관하여 언급 했었는데, 이러한 우주전함의 주포는 "Directed Energy Weapon" (지향성 에너지 빔 무기)라고 부를 수 있다. 이런 종류의 무기에 해당 하는 것에는 레이저(Laser Beam), 입자 빔(Particle Beam), X-ray Laser 와 같은 마이크로파 무기, 플라즈마 (Plasma) 등이 있다. 초광속 비행 이나 광속 엔진 등에 비하면 이 쪽 분야는 상당히 많은 연구가 이루어진 편인데, 가장 체계적인 자료를 찾을 수 있는 것이, 레이건 대통령이 1983년에 발표한 Strategic Defense Initiative (SDI) 프로젝트에 관한 자료 들이다. 이 프로젝트에는 우주에서 사용가능한 직사무기 체계가 포함되어 있는데, 이것을 통해 우주전함의 주포가 어떤 모양이 될것 인가 예상 해볼 수가 있겠다.

"우주전함 야마토" 에서 파동포를 발사하는 장면

마이크로파 무기

고강도 마이크로파 무기는전자장비나 단위 전자 부품을 파괴하고 기능을 손상시키는 비살상 전자파무기의 일종이다. 주로 EMP 라는 이름으로 게임이나 영화에 많이 등장하는 무기로, 전자 장비를 파괴하거나 전자기 장비 사용의 방해가 가능한 공격무기와 방어무기체계로 이용이 가능하다. 마이크로파의 특성은 인명이나 건물등 구조물에 피해를 주지않으면서 전자 장비를 파과할 수 있으며, 광범위한 지역을 동시에 공격할 수 있다. 기후의 변화에 무관하며 두꺼운 방호벽을 투과 할 수가 있다. 안테나의 구조와 방향 조정이 가능하여 투사 범위를 조정할 수 있으며 마이크로파의 강도를 조절할 수도 있다.전파의 특성상 사정거리가 수 만 Km 에 이르며, 공급에너지의 보충에 따라 무한정으로 사용이 가능하며 재발사의 비용이 거의 없다. (레이저나 입자빔은 발사하기 위한 준비 시간이 필요하므로 한번 발사 한 후에 다음 발사까지 시간이 걸린다)

고출력 레이저 무기

레이저는 기본적으로 출력이 높은 빛을 집적하여 특정 목표에 에너지를 전달하는 방식의 공격을 수행한다. (특성상 몇초동안 목표를 가열하여 파괴하는 방식이 주를 이룬다) 지향성이 우수하고 광속으로 전파되며, 전파특성이 영향을 받게 되기 때문에(빛의 특성상 파장을 가지기 때문에 파장에 따라 대기투과 효율이 다르다) 목표의 종류 및 레이저가 전파되는 공간의 특성에 따라 적합한 레이저를 사용하여야 한다. 현재 세계적으로 연구가 진행중인 유도탄 요격용 레이저는 대부분 화학레이저로서 레이저 발생에 필요한 에너지를 화학 반응을 통해 공급한다. 지상에서는 불화중수소(DF: Deuterium Fluoride) 레이저, 공중에서는 산소-요오드 레이저(COIL: Chemical Oxygen-Iodine Laser), 우주에서는 불화수소(HF: Hydrogen Fluoride) 레이저가 적합한 것으로 알려져 있다. 선진국의 경우에 화학레이저는 무기체계에 활용 가능한 정도의 출력(MW급)을 달성한 단계이며, 무기체계 응용을 추진 중이고 정확도 및 기동성 등을 향상시키는 연구가 주를 이루는 것으로 알려져 있다. 일반적으로 25 kW 레이져는 수백 km 원거리에 있는 적 무기체계의 센서를 파괴시킬 수 있고, 3~4km의 거리에있는 금속판에 구멍을낼 수 있으며, 출력이 100kW에 이르면 수십 km에 있는 목표를 파괴시키기에 충분하다. 전기 구동 방식의 고체 레이져(SSL, Solid State Laser) 기술은 현재 출력 100kW 미만에 머물러 있다.

입자 빔 무기

입자 빔 무기는 입자를 가속시켜 발사 하여 목표를 타격 하는 무기이다. 입자빔 속의 개별 입자는 입자의 무게와 속도에 상응하는 운동 에너지를 보유하고 있게된다. 입자빔에 사용되는 입자의 종류로는 양자,전자나 수소 입자등이 있으나 전기적인 중성인 중성자나 수소 입자가 우주에서 지구 자장이나 대기권 하전 입자와의 간섭을 받지 않으므로 지향성 특성이 탁월하여 입자빔의 매체로서 사용될 가능성이 높다. 고속의 입자빔이 목표물에 도달하게 되면, 입자의 운동에너지가 목표물의 원자 및 분자 구조와 충돌하여 운동에너지가 열에너지로 변환되면서 고열이 발생, 목표물이 파괴된다. 특성상 입자빔 무기는 앞에서의 다른 에너지 빔 무기들에 비하여 비교적 강력한 파괴력을 가질 것으로 예상된다. 관련글 : 입자 빔 무기에 대한 이해

입자빔 무기는 대기권 내에서 사용되는 하전 입자빔 무기체계와 외기권인 우주에서 사용될 중성자빔 무기로 대별되며, 대기권내의 입자빔 무기체계는 강력한 가속 에너지원과 매우 정확하게 빔의 특성을 조정하는 기술이 요구되며, 외기권 중성자 빔 체계는 가속문제는 거의 기술적인 애로가 없으나 외기권에서 원거리에 위치한 지상의 목표물에 정확하게 빔의 초점을 일치시키는 문제가 기술적인 장애로 부각되고있다.

또한 입자빔의 가속장치는 보통 100 내지 500 m 이상의 가속거리를 필요로하기 때문에 적당한 길이의 가속장치를 개발하여야 하는 기술적인 어려움이 있으며, 입자빔 가속에는 순간적으로 수 백 내지 수천만 와트의 전력이 필요하므로 이러한 동력장치 또한 개발이 필요하다.

자 후보가 될 만 한 것들을 몇가지 살펴 보았는데 이 중에 우주전함의 주포로 가장 적합해 보이는 것은 입자 빔 이다. 빔 무기중에 파괴력이 가장 뛰어나며 적당한 길이로 개발된 가속장치는 긴~ 주포의 포신 부분이 될것 같다. 입자 빔에 비하면 고출력 레이저는 포신이 필요 없으며, 입자 빔에 비하여 위력이 떨어지므로, 부포 또는 방어용 무기로 사용 되는 것이 적합해 보인다. 마이크로 파 무기는 ECM 이나 미사일 방어용 무기로 사용 될 듯 하다.

이 글을 읽기전에 먼저 이런 잡담을 하게된 이전 글들을 읽어 보시면 좋을 것 같습니다.

• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #1 - 이야기의 발단
• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #2 - 이야기의 가정
• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #3 - 이야기의 시작
• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #4 - 본격적인 이야기
• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #5 - 초광속비행
• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #6 - 광속엔진

우주전함의 무기체계

스페이스 오페라 장르의 일본 에니메이션에 등장하는 우주전함 들은 대부분 2차 대전 당시 전성기를 누렸던 일본제국의 함대를 모델로 하고 있다. 이때의 유명했던 전함들은 거함,거포주의로 만들어진 것들이 대부분이였는데 때문에 우주전함 역시 2차대전 당시의 거대전함과 비슷한 모습을 한 거대한 크기이고, 어김없이 거대한 주포를 가지고 있다. 반면에 미국을 중심으로 한 SF영화 계열의 작품에 등장하는 우주전함 들은 좀 더 다른 모습들이 많다. 하지만 역시 주로 레이저 무기 형태를 가지는 거대한 주포를 가지는 경우가 종종 있다.

그리고 우주전함의 무기체계에 다른 한축을 맏고 있는 부분은 현대무기의 핵심인 미사일 체계이다. 주로 해상전에서 사용되는 대공 미사일 이나 순항 미사일 체계는 우주전함의 모습과 비슷하다. 그리고 현재의 대륙간 탄도 미사일 (ICBM)은 이미 우주밖으로 나갔다가 대륙을 넘어 다시 지상으로 공격하는 방식이다. 현대 해전이 대부분 대함미사일에 의하여 이루어진 다고 볼때, 우주전함 간의 우주전도 비슷한 양상이 벌어지리라 생각 된다. 가까운 미래에 미사일 체계는 아마 자체 유도방식을 사용하여 수십만 키로미터를 날아가 적을 타격하는 것이 가능 할 것이다. 그러기 위해서는 미사일은 자체 컴퓨터를 내장한 소형 무인 우주선과 비슷한 형태가 될 듯 하다.

이를 위한 방어는 아마 현재의 이지스 시스템과 비슷한 방식이 될 듯 하다.

요즘 이런저런 일이 많아져서 이거 쓸시간이 없어져서 쓰다 만 글을 올려 버리는 만행을 저지르는 군요. ㅡ,.ㅡ
이후의 예정 사항 (예상)
8번째 글 : 우주전함의 무기체계 - 직사 에너지 무기의 종류
9번째 글 : 우주전함의 무기체계 - 입자 빔에 대한 자료
10번째글 : 지금까지 살펴본 바를 가지고 우주에서의 함대전을 재구성해 봄

언제쯤 10번째 글이 올라 올 수 있을지는 아무도 모릅니다. ^^;

이 글을 읽기전에 먼저 이런 잡담을 하게된 이전 글들을 읽어 보시면 좋을 것 같습니다.

• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #1 - 이야기의 발단
• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #2 - 이야기의 가정
• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #3 - 이야기의 시작
• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #4 - 본격적인 이야기
• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #5 - 초광속비행
  

---

그럼 광속으로 우주를 항해하려면 "충분한 동력" 이라는 가정과, "충분한 가속"을 견딜 수 있는 가속차단장치가 필요 하겠다. 그리고 또 한가지 일본만화 "플라네테스"에서 "스페이스 데브리" 문제가 나오는 것 처럼 작은 스크류 한조각 이라도 우주에서 광속비행을 하는 도중 부딛힌 다면 그 즉시 우주선은 핵미사일에 맞은 것 처럼 산산조각 나 버릴 것이다. (웜홀을 이용한 도약이라면 이런 문제는 어느정도 없어질 것 같다.) 그러므로 광속비행을 위한 조건으로 에너지 필드와 같은 차단 장치도 추가되어야 겠다.

충분한 동력
우주전함의 동력으로 가장 많이 등장 하는 것은 아마 "핵융합 엔진" 인 것 같다. 하지만 핵융합 엔진은 우주선의 추진 엔진으로 직접 사용 되기에는 적합하지 않은 것 같다. 가까운 미래에 우주선의 추진엔진으로는 "이온엔진"(현재 NASA에서 이온엔진의 시제품을 개발중) 이 사용 될 것 같다.  이온엔진은 태양에너지 패널과 사용하며 크세논가스를 사용하여 추진력을 얻으며, 적은 연료로 장시간 동안 추진력을 얻는 것이 가능하지만 추진력 자체는 약하다.(이온엔진을 사용한 유인 우주선은 특성상 소설 '파피용'에서 나온 파피용호를 보면 비슷 할 것 같다.) 일단 가까운 시일에 실용화되는 무인 우주선은 이온엔진을 사용할 확률이 높은 것 같다. 이온엔진을 사용하면 (제한된 적재공간 안에서) 적은 연료를 가지고, 높은 속도를 얻기 위한 충분히 오랜시간동안 가속 하는 것이 가능하기 때문이다. 하지만 이온엔진만 가지고 (20광년 거리의) 장거리 비행을 한다면 가속과 감속에 너무 오랜 시간이 걸리게 되고, 갑작스런 항로변경은 거의 불가능 하다. 때문에 항로 변경이나 급가속을 위한 현재의 고체질소 방식의 보조 엔진이 추가되어야 할 듯 하다.
추진엔진을 제외한 동력사용(태양광이 약한 장소에서 "이온엔진에 동력을 공급하는 태양에너지 패널"을 대채하는 용도도 포함)은 아마 "상온핵융합" 기술이 가장 유력하다. 핵융합 기술이 현재의 중수소 방식을 탈피하게 되면 어느정도 가능성이 있지 않을까 한다. (역시 핵융합과 같은 획기적인 에너지 공급 방식이 없이는 한정된 공간에서 거대한 에너지를 사용하는 우주전함이라는 존재는 거의 불가하다.)

충분한 가속

광속비행을 하려면 빠른 시간안에 광속에 가까운 속도까지 가속을 하여야 한다. (스타워즈의 하이퍼 드라이브를 보라! 쓩~ 하고 떠난다.) 그럴려면 일단 우주선의 구조 자체가 가속에 필요한 높은 압력(전투기 조종사들이 음속가속시에 높은 G의 압력을 받는 것과 비슷)을 견딜 수 있어야 하고, 탑승원 들도 가속을 견딜 수 있어야 한다. (여기에 장애물을 피하기 위한 항로변경을 위한 압력도 계산 되어야 한다.) 스타워즈의 하이퍼 드라이브와 같은 가속을 하기 위해서는 가속차단장치가 없이는 탑승원들은 전부 압사하고 말 것이다. 물론 무인 우주선일 경우를 가정한다면 우주선의 구조만 가속을 견딜 수 있으면 되니까 문제가 훨씬 간단해 진다. "가속차단장치"에 관한 자료는 비슷한 거라도 찾을 수가 없었다. 그래서 이 부분은 제외하고, 일단 무인 우주선이나 그 비슷한 어떤 방식으로 갈 수 밖에 없을 것 같다.
이제 남은 문제는 짧은 시간안에  광속에 가까운 속도까지 어떻게 가속을 하는가가 문제인데.. 스타워즈의 하이퍼 드라이브 처럼 순간적으로 광속에 가까운 속도까지 가속 하는 것은 거의 불가능해 보인다. 이온엔진을 충분히 개량 하거나, 순간 가속용 보조 엔진을 사용한다고 하는 것이 가장 가능성 있는 설정 일 것 같다. 이렇게 하더라도 충분한 속도까지 가속 하려면 아마 최소 몇달에서 몇년은 걸릴 것 같다.

충분한 보호
광속 비행을 위해서는 아주 작은 (콩알만한) 장애물도 위험천만 하므로, 이런 것들을 튕겨주거나 소멸시킬 수 있는 차단막 같은 것들이 필요하게 된다. 가장 간단한 방법으로는 우주선의 주변 영역에 플라즈마와 같은 에너지를 지속적으로 방사 하면서 항해 하는 것인데 이럴 경우 에너지 사용이 과다하기 때문에 불가능 해 보인다. 그리고 자기장과 같은  필드를 전개 하면서 항해하는 경우  몇가지 종류의  물체는 우주선을 빗겨가게 하는 것이 가능해 보인다. 가장 가능성 있어 보이는 방법은 자기장과 같은 필드를 광범위하게 사용하면서 아주 정밀하고 빠른 컴퓨터와 관측 기계를 사용하여 작은 물체까지도 감지하고 필요할 경우 근접거리에서 플라즈마와 같은 에너지로 작은 물체를 요격하여 방향을 바꾸어 튕겨내며, 관측이 불가능한 아주 작은 물체는 우주선 표면에 지속적으로 에너지를 흘려서 보호하는 방식으로 복합적으로 구성하는 방식이다. 에너지 필드와 같은 획기적인 보호방식이 발견되기 전까지는 제한적인 보호 만 가능 할 듯 하다. 나머지는 아마 운에 맏겨지지 않을까?

이 글을 읽기전에 먼저 이런 잡담을 하게된 이전 글들을 읽어 보시면 좋을 것 같습니다.

• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #1 - 이야기의 발단
• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #2 - 이야기의 가정
• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #3 - 이야기의 시작
• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #4 - 본격적인 이야기

우주전함에 필요한 것들 - 초광속비행

우주전쟁을 하는데 가장 문제가 되는 것은 아마도 거리의 극복? 일 것 같다.

이런 점에서 우주를 배경으로 하는 만화나 영화를 보면 항상 장거리 이동을 위한 설정(초광속비행)이 들어가게 되는데, 거리를 극복 하는 방법에는 여러가지 방법이 있을 수 있지만 여기서는 아래 두가지만 살펴본다.

1. 워프: 블랙홀 이나 웜홀, 아공간에 의한 (혹은 직접적인 방법으로) 공간왜곡을 통하여 이동하는 방식
2. 광속엔진 (상대성 이론에 의하면 광속보다 빠른속도는 불가능 하므로 광속보다 빠른 속도는 제외함)을 사용하는 방식

두가지 방식은 꼭 별개로 취급되는 것은 아니고 광속(에 가까운 속도로)으로 블랙홀에 돌입해야 한다("영원한 전쟁"에서의 콜렙서 점프)던지 하는 설정을 가져가기도 한다.

먼저 공간왜곡을 통하여 이동하는 경우를 살펴보면, 크게 이미 우주에 존재 하는 공간왜곡(블랙홀,웜홀,게이트 와 같은 이름들이 등장한다)을 이용하는 방법이나, 아무 곳에서나 공간 왜곡을 만들어서 장거리 이동(주로 공간을 접었다가 편다는 표현을 쓴다)을 하는 경우가 있다. 후자의 경우 살펴볼 자료가 거의 없다. (그 만큼 과학적인 근거가 부족하다는 뜻이기도 하다) 그래서 살펴볼 자료가 그나마 있는 블랙홀이나 웜홀에 관한 자료를 찾아보면, 블랙홀의 존재에 관하여 서는 어느정도 의미있는 추측이 가능한 정도 이지만, 화이트홀 이나 웜홀의 경우 추측이 전부이다. 웜홀이 존재하는지도 모른다는 것이다. 그래도 블랙홀의 가능성이 어느정도 추측이 가능하기 때문에 그나마 웜홀을 통한 워프가 일말의 가능성이 있다는 희망이라도 보이는 부분이다.

웜홀을 통한 초광속비행의 최대 장점은 공간왜곡을 이용한 방법이기 때문에 짧게는 수광년에서 수백광년의 거리를 짧은 시간에 이동이 가능 하다는 점이다. 거리대비 광속을 훨씬 뛰어넘는 속도가 가능 하며, 이동중에 어떤 장애물도 없다는 아주 매력적인 설정도 가능하다. (웜홀을 이용한 여행 방법이 발견 된다면 정말로 가까운 미래에 다른 행성계로의 여행이 가능 할 수도 있겠다)

반면에 웜홀의 위치가 정해져 있으므로 그곳까지 이동하여야 한다는 점이 단점이다. (초광속 비행의 어려움에 비하면 이 정도는 기쁘게 사소하다고 해줄 수도 있다. ㅜ.ㅜ)

아직까지 웜홀에 대해서는 밝혀진 바가 거의 없기 때문에 이를 이용한 이동이 가능한지 가능하지 않은지 살펴볼 수가 없다. 그리나 광속엔진의 경우 동력만 충분 하다면 시간이 오래 걸리더라도 충분한 가속을 통해서 광속에 가까운 속도까지 갈 수 있으리라 기대된다. 다음 글 에서는 광속엔진에 관한 가능성을 찾아 보려고 한다. ^^

이 글은 스프링노트에서 작성되었습니다.

이 글을 읽기전에 먼저 이런 잡담을 하게된 발단과 가정과 시작을 읽어 보시면 좋을 것 같습니다.

• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #1 - 이야기의 발단
• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #2 - 이야기의 가정
• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #3 - 이야기의 시작

본격적인 이야기

현재와 아주 가까운 미래에 우주전쟁을 벌이게 된다면 이런 답답한 우주전쟁이 벌어질 것 같다. 영화나 만화에서 본 것 처럼 멋지고 환상적인 장면도 없다.

그럼 처음 이 이야기를 시작 하게된 발단에 대해서 다시 생각해 보면. "만화나 영화에서 너무 자주 보아서 이제는 너무 식상한 그런 우주전쟁 장면이 진짜로 가능할까?" 하는 궁금증에서 시작한 이야기 였다. 물론 결론은 났다. 현재나 가까운 미래에는 그런 장면이 절대 불가능 하다. 시작부터 충분히 예상된 결론이다. 하지만 이대로 그냥 현재 상황만 살펴보고 결론내고 끝내기에는 너무 밋밋하다. 그래서 영화나 만화에서 보는 환상적인 우주전쟁 장면이 가능하려면 뭐가 더 있어야 할까? 생각해 보았다.

우주전함 야마토 中 한장면

그럼 만화영화에서 등장하는 우주전쟁 장면에 무엇이 등장하는지 부터 먼저 살펴 보자. 일단 우주전함이 등장 한다. 주인장에게 우주전함이라 하면, 먼저 보통 일본만화에 오래전 부터 자주 등장하는 (현재의 바다에서 떠다니는 전함의 모습을 바탕으로 한) 모습이 가장 먼저 떠오르고, 그 다음으로 스타워즈에 등장하는 전함들이 떠오른다. 자 좀 더 상상하기 쉬운 "스타워즈"에 등장하는 우주전함과 비슷한 모습으로 가정을 해보고 그러한 전함을 만들려면 어떤 기술이 필요할 지 생각해 보면.

1. 광속(워프)엔진 (또는 아공간 점프 또는 이와 비슷한 원거리 이동 방법)
2. 중력발생장치(또는 가속 차단 장치) 또는 반중력장치
3. (상온) 핵 융합 동력 엔진 (또는 우주공간에서도 충분히 오래 사용 가능한 에너지원)
4. 근거리 직사 공격이 가능한 레이저 무기들 (스타워즈의 갤럭시 건)
5. 원거리 공격이 가능한 로켓추진(미사일) 무기들
6. 작은 물체나 공격으로 부터 보호 가능한 방어막 (에너지 필드)
7. 공기정화 시스템을 비롯한 한정된 공간에서 생명유지를 지원하기 위한 어떤 시스템들

등이 필요 할 것 같다.

그리고 메카닉 로봇이나 소형 전투기 등이 날아다니며, 전투를 벌인다.

다른 여러가지 요소들이 존재 하겠지만, 우주전함 하나만 살펴 보기에도 벅찬 관계로 메카닉 로봇이나, 우주 전투기와 같은 것들은 모두 생략 하고 우주전함에 관련된 것들만 조사해 보려고 한다. ^^

우주전함에서 간단히 생각해도 필요한 이런 장치들을 만드는 것이 가능할까? 가능 하다면 얼마나 가까운 미래에 가능할까? 현재로써 알 수 없는 것들은 제쳐두고, 힌트라도 있는 것들이 있으면 찾아 보려한다.

업데이트: 가족들과 하루이틀정도 가까운 곳에 나들이 갑니다. ^^

이 글은 스프링노트에서 작성되었습니다.

이 글을 읽기전에 먼저 이런 잡담을 하게된 발단과 가정을 읽어 보시면 좋을 것 같습니다.

• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #1 - 이야기의 발단
• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #2 - 이야기의 가정

이야기의 시작

자아 그럼. 우주전쟁을 하는 상대는 정해졌고, 그럼 이제 지구에서 20광년 떨어진 외계 행성을 공격할 수 있는 방법을 찾아보아야 겠다. 현재까지 유인 우주선을 가장 멀리 보낸 곳은 달 뿐이다. 가까운 미래에 사람이 태양계를 벗어날 가능성이 얼마나 있을지는 모르겠지만, 아무래도 20광년 거리의 외계 행성에 사람을 보내는 것은 가까운 미래에도 불가능 할 것 같아 보인다. 그렇지만 무인 우주선을 태양계 밖의 원하는 위치로 보내는 것은 가능 하지 않을까? 지구에서 원격으로 조정하는 무인 우주선을 보내는 것은 아니더라도 자동으로 프로그래밍 된 무인 우주선을 20광년 거리의 외계 행성 근처까지 보내서 (우주선에 탑재된 자동 추적 핵미사일 등으로) 공격을 가하는 것은 어느정도 가능성이 보인다.

그럼 무인 우주선을 20광년 거리로 보내는데 얼마나 시간이 걸릴까? 이는 우주선에 얼마나 많은 추진체가 실릴 수 있느냐에 따라 가속과 감속, 항로변경이 얼마나 가능한가가 결정 될테고, 우주선의 내구력이 어느정도의 가속 압력에 견딜 수 있는가에 따라 가속에 거리는 시간과 감속에 걸리는 시간이 결정 되어야 알 수 있을 것이다. 거기에다가 우주선이 최대로 낼 수 있는 속도가 제한 될 수도 있을 것 같다. 개인적으로는 우주선의 최대 속도는 광속 이상으로는 힘들 것 같다. (여기에 대한 이론은 찾아보지 않았다.) 아무튼 순전히 개인적인 취향으로 우주선의 최대 속도는 광속의 0.99로 제한하고 계산을 해보면, 우주선이 외계행성에 도착 하는데는 (가속 과 감속 시간을 계산하지 않더라도) 최소 20년 이상의 시간이 걸리게 된다. 이것도 추진체가 충분히 많이 실릴 수 있다는 가정하에 계산된 것이고, 실제로 우주 탐사선 보이저 2호가 천왕성 까지 가는데 10년 이상이 걸렸다. 태양계의 반지름이 약 40AU 정도로 1광년(6.324×10⁴ AU)의 1500분의 1도 안된다는 걸 생각해 보면, 보이저 2호가 20광년을 날아 가려면 30만년 이상 걸린다는 뜻이다. 가까운 미래에 눈부신 기술발전을 이루어 광속의 10분의 1 속도까지 가속 했다가 감속 할 수 있는 (충분한 추진채를 탑재할 수 있는) 우주선을 만들었다고 쳐도 20광년 이면 200년 이상이 걸린다. 그럼 우주전쟁은 가능한 많은 시나리오를 검토 한 후에 가능한 많은 무인 우주선을 예상 시나리오 대로 계획 하여 보내고, 200년 동안 기다려서 1차 공격의 결과를 받고, 그 동안 수집된 가능한 많은 데이터를 바탕으로 결과를 검토 한 후에 다음 2차 공격을 보내는 식으로 진행 될 것 같다. (중간 부분에서 전투가 이루어 진다고 해도 100년 텀으로 진행 된다.)

1세기에 한턴씩 이루어지는 체스를 두는 것과 비슷한 느낌일 것이다.

이 글은 스프링노트에서 작성되었습니다.

이 글을 읽기전에 먼저 이런 잡담을 하게된 발단을 읽어 보시면 좋을 것 같습니다. - 외계인과 우주전쟁을 한다면 #1 - 이야기의 발단

이야기의 가정

이에대한 상상을 하기 전에 먼저 전쟁을 하려면 상대방이 있어야 한다. 상대방=외계인. 외계인은 있을까? 또는 외계인이 있다면 어디에 있을까? 어느정도 문명을 가지고 있을까? 이런 전제 조건이 있어야 할 것 같다.

외계인 대해서는 아직 확실하게 밝혀진 것이 아~무~ 것도 없다. 그러니까 일단 발단이 된 SF 소설에 자주 등장 하는 것 처럼, 지구인과 비슷 (하지는 않더라도 최소한 머리와 팔다리는 구분이 가능)한 외계인이 있다고 가정하고, 문명 수준이 너무 많이 차이나면 일방적으로 공격하는 외계인에게 방어하는 것이 고작인 상황이나, 돌도끼나 사용할 만한 외계인을 (찾아갈 수 있다면) 찾아가서 일방적으로 학살 하는 상황이 될터이니 이런 상황은 우주전쟁이라고 부를 만한 상황이 아니니까, 어느정도 지구의 문명수준과 비슷 하거나 조금 더 진보한 상황이라고 가정 하자. (이 부분은 그냥 이렇게 가정해 버리고 지나가야 할 듯 하다.)

사진은 Flickr 에서 찾은 "Mr & Mrs ET"

그 다음에 어디에 있는 외계인과 전쟁을 벌이게 될 것인가. 하는 가정이 남았는데, 이건 그래도 어느정도 전부 가정이 아닌 사실에 입각해서 생각해 볼 수 있을 것 같아서, 일단 태양계에서 가장 가까운 지구형 행성계가 어디일까를 찾아 보았다. 그런데 아직까지의 행성 검출 기법은 주로 목성형 행성을 발견하는데 그치고 있다고 한다. 지구형 행성을 발견 했다는 소식이 있어서 봤는데, 20.5 광년 떨어진 곳이란다. 그럼 태양계와 가장 까운 외계인이 있을 가능성이 높은 지구형 행성이 어디 있는지 모르므로, (그렇다. 현재의 지구의 기술력으로는 우주전쟁은 커녕 가까운 다른 별들을 살펴보는 데도 추측만 할 수 있는 상황인 것이다.) 그럼 이것도 가능성 높은 어느 한가지를 가정하고 가야 겠다. 태양계에서 가장 가까운 항성은 Proxima Centauri 이고 현재 거리는 약 4광년 정도 된다. 그리고 태양계에 가까운 지구와 비슷한 행성을 가지고 있을 가능성이 있는 Vega (이것도 순전히 관측 되거나 계산된 증거는 없고 이 정도 되면 지구와 비슷한 행성이 있을 확률이 있다. 정도의 근거) 까지는 약 25광년 정도가 된다. 그럼 최소 (지구형 행성이 20.5 광년 쯤에 있다고 하니까) 20광년 이상은 가야 그나마 외계인이 살 만한 행성이 존재할 가능성이 약간이나마 있을 수도 있다는 뜻이다. 그럼 지구에서 20광년 떨어진 어느 별과 우주전쟁을 치른다고 가정해 보아야 겠다.

이 글은 스프링노트에서 작성되었습니다.

이야기의 발단

SF 소설속에 흔히 등장하는 내용 중에 한가지는 외계인과의 우주전쟁이다. 그 중에서도 우주전함이 등장하고  로봇을 타고 전투를 하는 내용은 오래전부터 너무 많아서 오히려 식상하고 진부하기 까지 하다. 그러나 SF 소설을 아주 좋아하는 주인장으로서는 참으로 흥미가 땡기는 주재가 아닐 수 없다.

스타워즈 中 한장면

만약 가까운 미래에 외계인과 우주전쟁이 일어 난다면 우주에서는 어떤 종류의 전투가 일어나게 될까? 문득 만화영화에서 너무 자주 보아서 이제는 너무 식상한 그런 장면이 진짜로 가능할까 궁금해 졌다. 그러기 위해서는 아마 현재 상황은 어떨까 부터 생각해 보아야 할 것 같다. (현재의 우리는 아직 우주에서 타고 싸울 수 있는 멋진 메카닉 로봇은 커녕, 우주전함이라고 불리울 만한 가장 그럴듯 한 물체는 NASA에서 띄우는 스페이스 셔틀이 전부이다.)

오늘은 밤이 늦었으니 내일 본격적으로 생각해 보아야 겠다. ^^

이 글은 스프링노트에서 작성되었습니다.