공학천하

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수석연구원
그림/삽화
냉무
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2020.08.13 22:32
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20.09.18 13:41
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로켓

DUMMY

철방 방위대 사격훈련장.

달탐사 연구소의 30인이 모였다.


현창환 : 물리학에서 작용과 반작용을 이해했을 것이다. 여기서 각자 총포를 한 발씩 쏴 보도록 해라.


사격 후,


현창환 : 총포를 쏠 때 손과 어깨가 많이 아팠을 것이다. 밀폐된 공간에서 화약을 터뜨리고 그 압력을 이용해서 총탄을 앞으로 발사하는 것이 총포의 원리인데, 총탄을 매우 빠른 속도록 쏠 수록 그 만한 힘이 손과 어깨에 작용하는 것이다. 다시 저 대나무 통을 보거라.


대나무통 끝의 심지에 불을 붙이자 대나부통이 맹렬하게 날아가다가 이리저리 휘더니 땅에 떨어졌다.


현창환 : 화약을 밀폐하지 않고 잘 다져 놓고 연소를 시키면 저렇게 연소된 연기를 뒤쪽으로 맹렬하게 내 뿜게 되고, 그 반작용으로 저렿게 날아가는 것이다. 그런데 보다시피 이리저리 날아가는 이유는, 우리가 원하는 방향으로 날아 가도록 만들지 않았기 때문이댜. 이에 우리가 해야 할 일은 대나무 통이 아니라 금속 등의 재료로 대단히 크고 튼튼한 발사체를 만드는 것이고 그것을 우기리가 원하는 방향으로 유도할 수 있는 기술을 개발하는 일이다


구휘소 : 오직 화약만을 사용해야 하는 건가요?

현창환 : 꼭 그렇지는 않다. 반작용을 얻을 수 있는 모든 방법을 고려해야 한다.

구휘소 : 과학시간에 배웠던 바로는 수소의 연소열이 제일 높다고 했는데, 수소를 이용하는 방법은 없나요?

현창환 : 좋은 질문이다. 수소를 이용하는 방법도 하나의 가능성으로 놓고 연구해보자. 우선은 화약을 이용한 로켓을 제작하는 일과 기본적인 유도 방법을 함께 연구해 보도록 하자.


“예”


현대장은 얇은 강판으로 직경 20cm의 강관을 만들고 안쪽에 내화재료를 붙여서 시험하는 방법을 제시하자···


구휘소 : 그렇게 얇은 내화재료로는 얼마 버티지 못하고 깨질겁니다.

현창환 : 얼마나 버틸 수 있을까?

구휘소 : 내부 최고 연소온도가 1,200도에 압력이 평방세치당 12근(12㎏/cm2) 기압이면...분사구의 냉각 문제를 빼고라도 열전도를 고려하면 40초 안에 외부 강관의 온도가 700도에 도달하고, 그러면 내압에 의해 파손이 일어납니다.

현창환 : 우리가 계산한 1단 분리 시점은 ?

구휘소 : 30초 입니다··· 아.. 그렇구나. 30초만 버티면 되는구나. 죄송합니다.

현창환 ; 아니다, 열전달 문제를 계산하느라 수고했다. 직접 나와서 칠판에 계산 과정을 증명해봐.

구휘소 : 예.


연구소의 젊은 연구원들이 구휘소의 계산에 박수를 보냈다.


대바후 : 그런데 방향을 바로잡은 방법은 어떻게 접근해야 할까요?

현창환 : 자 봐라. 이 팽이를 돌리면 쓰러지지 않고 바로 서있지?

대바후 : 예.

현창환 : 이렇게 살짝 건드려도 다시 자리를 잡지?

대바후 : 예,

현창환 : 이게 저 팽이의 원리를이용해서 만들어 본거다. 이렇게 둥글게 쇠 고리를 만들고 그 안에 다시 수직으로 이렇게 쇠 환을 만들고 그 안에서 이렇게 생긴 강철 팽이 돈다고 생각해 보자. 이렇게 로켓의 방향이 틀어지면 팽이는 로켓의 영향을 받지않고 이러한 자세를 유지하게 된다. 그렇다면 여기와 여기 등에 전기 선을 두어서 접촉이 일어나면 분사구의 방향을 바꿀수 있는 전동기에 전력을 공급하게 해서 발사체의 뒷부분에 있는 날개의 각도를 바꾸어서 발사체의 자세를 교정하는 것이다. 이 조절을 미세하게 진행 할 수 있다면 커다란 발사체를 우리가 원하는 방향으로 전개할 수 있다. 이것을 관성유도라고 명칭하겠다. 이러한 유도는 사람이 타고 있지 않을 시에 적용하는것이고, 사람이 탔을 때는 사람의 손으로 전기의 공급을 조절해서 날개의 각도를 바꾸도록 하면 된다. 날개의 조정을 통해서 자세를 제어하는 것은 비행연구소의 강의시간에 배웠을 것이다.


대바후 : 이론은 그리 어렵지 않군요. 납축전지를 탑재하고 날개를 움직일 수 있게 만들고, 전동기를 장착할 수 있게 해야 하는군요.

구휘소 ; 하나의 분사구로 충분한 추진력을 얻을 수 없다면, 여러개의 분사구를 만드는 방법도 강구해야 겠습니다.

기유철 : 이렇게 연소 압력이 높은데, 고정형이 아닌 움직일 수 있는 날개를 만들어야 하나요? 액체를 연료로 이용한다면 작은 분사구 하나의 압력만 고민하면 되니까 가능하기는 할텐데요?

현창환 : 액체 연료는 어디서 들은 거지?

기유철 : 과학시간에 김신아부부장님으로부터 들었습니다. 연소는 액체를 이용하는 것이 더 효율적이라고요.

현창환 : 맞다. 발사체는 크게 화약을 이용한 고체발사체와 액체발사체로 나뉘게 될 것이다. 당장은 쉽게 제작을 할 수 있는 고체발사체를 먼저 제작해 보고, 향후에 액체발사체도 개발을 하면서 양쪽의 장단점을 이용한 달탐사 계획을 세워야 한다.

구휘소: 아··· 그렇구나. 혼합 방식도 있을 수 있겠군요.

현창환 : 그래, 발사체에 대한 의견이 모아지면 설계도를 가지고 와서 허락 받고 제작에 들어가도록 하자.


연구소는 실제 발사를 하지 않고 전기 시스템을 먼저 개발했다. 모형 발사체를 두고 이리저리 움직이면서 날개가 제대로 방향을 바꾸는지, 적절한 각도로 움직이는지 등을 정밀하게 확인하고 연소실험에 들어갔다. 그러나, 첫번째는 발사체 몸체가 터졌고, 두번째는 분사구가 터졌다. 세번째에 가서야 이리저리 흔들리는 고정틀 위에서 제대로 분사구의 방향이 틀어지는 것을 혹인하고, 실제 발사 일정을 잡았다.

두만항 인근에서 동쪽으로 약 5도의 기울기로 발사하기로 하고 실험 발사체는 모두 3기가 제작됐다.


현창환 : 너무 많은 사람들이 모였는데?

장성은 : 60년 안에 달에 간다는 계획의 첫 실험이에요. 꽤나 많은 관심을 받고 있다고요.

이민지 : 오빠, 이게 얼마나 엄청난 일인지 모르는거야?

김신아 : 뭐··· 오빠한테는 거쳐가야 할 너무도 간단한 과정일 수는 있겠지. ㅋㅋ


발사체는 저쪽 400미터 해안선에 있었고, 사람들은 선박창고 앞에서 구경하다가 문제가 생기면 창고 뒤로 숨기로 했다.

곳곳에는 망원경과 각도기와 초시계를 든 연구원들이 발사체의 고도 측정을 위한 삼각측량 위치에 자리잡은 것이 보였다.


대바후 : 그럼 발사하겠습니다. 점화.

현대장이 납축전지를 이용한 전기 점화기의 스위치를 눌렀다.


콰아아아아아아아아


첫번째 실험 발사체는 약 30초 간의 연소를 마치고 바다로 떨어졌다.


대바후 : 1차 발사 실험 성공입니다. 도달 고도 1리 300미치(1.3km) 입니다.


두번째 발사체는 2단 발사체였는데, 1단의 연소가 끝나면 결합부의의 화약이 터지면서 1단이 분리되 떨어지고 2단이 점화되는 구조였다.


대바후 ; 두번째 발사체 발사하겠습니다. 점화.


콰아아아아아아아아아아 ··· 퐁, 콰아아아아아아아아아아


1단이 제대로 분리되고 2단 점화도 제 타이밍에 이루어 졌다.


대바후 ; 2차 발사 실험 성공입니다. 도달 고도 2리200미치 (2.2km)입니다. 그럼 3차 발사실험 합니다.


대바후가 잔뜩 흥분한 목소리로 외쳤다.


대바후 : 점화.


1단이 분리되고 2단째 분리될 때, 화약의 양이 많았는지 3단의 방향이 확 틀어지더니 바다를 향해서 내리 꽂혔다. 여기저기서 안타까운 탄성이 터져 나왔으나 모두의 얼굴에는 환희가 뭍어 있었다.


현창환 : 수고들 했다.. 불과 한달 만에 이정도면 대단한 성과이니, 3단 분리 때의 모습은 망원경으로 모두 확인 했을테니 원인을 분석해보고 토론 결과를 보고하도록.

“예"


오선효 : 정말 똑똑한 애들이 많네요. 어떻게 벌써 저 정도를 하죠?

김신아 ; 정말 우리 죽기전에 달에 가는거야?

장성은 : 비행기 개발은 어디까지 되고 있어요?

현창환 : 디젤엔진은 너무 무겁기 때문에 터보프롭 엔진을 만들고 있어. 원래 전공인 터보샤프트엔진을 만들려고 했는데, 터빈이 자꾸 녹아내려. 그래서 임펠러 압축부분은 그대로 두고 테슬라 디스크 터빈을 구동부에 넣어서 테스트 중이야. 기계적으로는 간단한 원리인데 내구성 문제때문에 몇달 째 고생하고 있는데, 며칠 있으면 결과가 나올거 같아. 비행기 개발껀도 달탐사연구소 소관으로 이전을 해야하는건기 고민해봐야겠어. 잠도 못자고 너무 힘들어. 발동기 연구소도 봐줘야하고 정신이 하나도 없어. 아직 연구소장 깜을 못찾아서 내게 걸리는 부하가 너무 많아.

장성은 : 몸관리 잘 하세요. 오빠가 갑자기 죽으면 우리도 다 죽게 되는거 알죠?

김신아 ; 아··· 그게 또 그러네. 내가 밤마다 안마해 줄까요? 쫌 아는데?

오선효 : 야.. 하려면 낮에 하지 왜 밤마다 해? 엉큼한것.

현창환 : 등유 합성 수율은 좀 올라가고 있어?

김신아 : 잉··· 그게 처음 시스템보다 15% 정도 향상된 후 제자리에요.

현창환 : 그럼, 그 작업은 다른 사람에게 맡기고, 물질분류 쪽에 집중해줘. 엔진오일과 톨루엔 분류 쪽이 더 중요해.

김신아 : 예··· 나도 열심히 하고, 애들도 열심히 갈굴께요.


장성은 : 그런데···. 왜 하필 실험발사체가 미사일 처럼 생겼죠?

현창환 : 하아··· 뭔 여자애가 밀덕 같냐 좀 넘어가자.

오선효 : 왜, 무슨 말이야?

장성은 : 애들이 만들고있는 저 로켓이, 당장이라도 미사일로 쓸 수 있는 형상이거든. 저 로켓 끝에 폭약이 있고, 45도 각도록 발사된다고 하면 수 킬로미터 밖에다가 미사일 폭격을 퍼 부울 수 있거든.

김신아 : 햐아··· 일거양득인거야?

이민지 : 뭐, 오빠야 그렇게 생각할만 하기는 한데, 엉큼하기도 하네.

장성은 : 애들이 이용해서 무기를 만들다니.

현창환 : 하아···.


달탐사연구소가 시험발사에 성공했다는 소식에 발동기연구소와 비행연구소가 눈에 불을 켜고 연구에 달라붙었다. 비행연구소에서는 이미 균형잡힌 복엽 글라이더까지 완성했는데, 엔진의 개발이 지연되어서 글라이더 비행 만 진행하고있었기에, 프로토 타입이라도 엔진을 달고 시험비행하자는 요청을 하고 있었고, 발동기연구소는 무한궤도 형태의 차량을 만들어서 시험운행 하고 있었지만,기어 보다는 오히려 클러치 쪽에서 계속 문제가 발생하고 있었다. 소재의 한계 때문인데, 그냥 크기를 키워서 문제를 해결하라고 지시를 했다. 조만간 증기철선은 모두 발동기로 대체가 될테고, 잘하면 무한궤도 트럭도 만들어 질 듯 했다.


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» 로켓 +2 20.09.18 1,413 28 11쪽
36 오빠, 닥치고 확장. +3 20.09.16 1,479 39 11쪽
35 신대륙 +1 20.09.15 1,552 33 10쪽
34 해우수의 난 +2 20.09.14 1,524 35 15쪽
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