인류와 속도

인류의 이동 수단 발.

최대 속도 : 약 10~20km/h .

이족보행을 선택하여 도구를 사용할 수 있게 되었고 그 결과 타 생물의 추종을 불가하는 엄청난 지능을 얻었지만 신체적 능력, 효율은 지상 동물 중 하위 단계로 떨어져 버린다.​

인간 : "좀 더... 좀 더!!!  좀~~더!!! 효율적으로 움직이고 싶다!!!! 좀 더 효율적으로 내 신체의 능력으로는 불가능한 물건을 옮기고 싶다!!!!!"

인류와 파이(π)의 만남

이런 갈망은 인류 최고의 발명품 중 하나인 바퀴를 탄생시켰다.

바퀴를 통해 직선운동과 회전운동의 만남이 이루어졌다

바퀴를 발명한 인류는 여러 가지 장치에 바퀴를 접목하여 편리한 도구들을 개발하였다.

하지만 갈수록 지식이 축적되고 인류는 이에 만족하지 않았다.​

인류 : "좀 더!! 좀 더 빨리 달리고 싶다!!!!

좀 더 효율적으로! 빨리 이동하고 싶다!!​

이제 바퀴가 있으니 앞에서 빠르게 끌어당길 수 있는 동력만 있으면 될 것 같은데...

인간은 효율이 낮으니까... 빨리 달리는... 다른 무엇...

그래!!! 말이 있었구나!!"

먹이와 충분한 휴식만 취하면 달릴 수 있는 말은 인류에 비하면 엄청난 성능을 자랑하는 생체 엔진과도 같은 존재였다.​

그렇게 인류는 바퀴와 말을 이용한 마차를 발명했다.

하지만 도로의 포장 상태가 너무 좋지 않아 바퀴가 많이 덜컹 거렸고 말이 빠르게 달릴수록 그 불편함은
가중되었다.

인류는 군대의 행군이나 마차의 이동을 용이하게 하기 위해 도로를 정비하였고, 기동성과 전투력이 다른 국가보다 뛰어났던 이집트와 로마 같은 중세 국가들이 번성하게 된다.

시간은 흐르고 흘러 18세기에 유럽의 작은 섬나라에서 또 한 번의 대격변이 일어나게 된다.

제임스 와트 : "아무리 생각해도 말은 너무 비효율적야.

살아 있는 생명체에게는 동력의 한계가 있지만 내가 원하는 것은 더 엄청난 동력, 높은 효율이야!"

'산업혁명'의 발발

혁신적인 증기기관의 발명으로 영국에서는 '산업혁명'이 일어나게 되면서 인류는 엄청난 문명의 발전을 맛보게 된다.

증기 기관을 이용한 기차

 

증기 기관을 이용한 자동차

증기기관의 발명과 함께 문명의 대약진이 이루어지던 어느 날...

니콜라스 오토 : "여러분 저도 기관 하나 만들었어요​

흡입-압축-폭발-배기 4행정의 엔진인데,
이제 더 이상 자동차 앞에 커다란 증기기관 달고 다닐 필요 없어요~ㅎㅎ"​

엔진 내부에서 연료를 폭발시키며 사이즈는 증기기관에 비해 훨씬 작은 내연기관이 발명되며 이동 수단의 황금기가 열리게 된다.

기관 규모의 크기를 제한한다면 증기기관보다는 내연기관의 효율이 훨씬 좋았기 때문에 거대한 증기기관차나 발전소에서는 증기기관을 이용하였고
자동차처럼 소형 기관에는 내연기관을 주로 사용하게 된다.

인류 : "음... 이제 지상에서는 더 이상 인간의 속도를 따라올 생명체가 없는데.. 더 빨리 더 멀리 구속받지 않고 달리고 싶단 말이야... 땅이라는 구속 조건이 없는 곳.

그래!!! 하늘로 가보자!!!"

그렇게 인류는 하늘로 눈을 돌리게 된다.

그러나 하늘은 육상과는 전혀 다른 물리법칙이 적용되고 있었다.

비록 고속의 추진력이 있다고 해도 프로펠러 엔진만으로는 고중량의 물체를 하늘에 장시간 띄우는 것은 불가능했다.

육상에서는 엔진 실린더 내의 폭발력으로 샤프트를 돌려서 동력을 얻어 땅을 박차고 밀어내며 앞으로 나아갔지만 하늘 위에선 박차고 나갈 땅이 없었다.​

인류 : "우선 하늘 위에서의 추진력을 이해해야 한다.

뉴턴유체, 점도, 레이놀즈, 유선, 유적선, 네이비어-스톡양력, 표면 박리층, 와류.

휴~양력, 항력에 대해 어느 정도 이해 완료!"

그렇게 하늘의 바퀴, 제대로 된 프로펠러와 비행익이 발명되었고 인류는 하늘을 비행하는 것이 가능해졌다.

인류 : "처음엔 그냥 하늘을 날고 싶었는데 욕심이랴 끝이 없는 건지 이젠 빠르게 날고 싶네.

연료 더 넣고 엔진 성능 높여서 얼마나 빨리 날 수 있는지 실험해 봐야지."

??? : 응. 더 이상 빨리 못 날아. 안돼 돌아가.​

인류 : 그냥 연료 많이 넣고 많이 분사하면 빨리지는 거 아니었어??

인류 : "으아아아아.. 아무리 노력해도 도대체 저 속력을  뛰어넘을 수가 없네.

이 특별한 속도에 인류는 '음속, 마하'라는 이름을 붙여주게 되고, 프로펠러로는.. 한계가 있다는 것을
깨닫게 된다.

인류 : "그런데 왜 우리는 지금까지 폭발에너지를 쓸데없이 기계를 이용해 회전 에너지를 만들어 또 그걸로 공기를 밀고 있었던 거야??​

그러니까 폭발력-> 추진력 으로 바로 가면 되는 걸
왜 폭발력->피스톤->캠축-> 잡다한 기계부품들 ->프로펠러 회전-> 추진력으로 가야 하는 거지?

기계부품 많아지면 기계효율만 나빠지는데.."
(하지만 당시 재료과학, 구조공학, 유체역학 등의 한계 때문에 한참 뒤 위의 생각이 실현된다)

시간의 흐름과 함께 기술은 점차 발전되었고 그렇게 해서 탄생한 것이 제트엔진이다.

인류는 제트엔진의 발명으로 마하의 벽을 뚫게 된 것이다.

최초의 초음속 제트기 Bell X-1

어떤 일이든 처음이 많이 어렵다고 한다.

한차례 마하의 벽을 뚫은 인류에게는 마하란 속도는 큰 문젯거리가 아니었다.

마하 3 이상 날아다녔던 'SR-71' 일명 블랙버드 기록상 '가장 빠른 비행기

인류는 이제 수시간 내로 지구를 돌 수 있을 정도의 속도를 가지게 되었다.

그리고 잠시 한숨 돌리려는 찰나.. 냉전 발발로 인한 무제한 군비증강 경쟁, 기술 경쟁의 시대가 도래하였고, 인류는 하늘보다 더 높은 곳을 바라보게 된다.

인류 : "이 제트엔진을 수직으로 분사한다면 달에도 갈 수 있지 않을까??

우주는 공기가 희박하니 마찰력도 줄어들어서 지구의 대기에서보다는 더 이점이 많을 것 같은데?"

뭐!! 공기가 희박해??

공기가 희박하는 말은 엔진에서 연소가 제대로 일어날 수 없다는 뜻이며, 현재까지의 고속 추진 방식은 공기를 압축 흡입, 공기 중의 산소와 연료를 혼합 후 폭발시켜 배기되는 유체의 반작용력으로 추진력을 얻었지만, 대기권 밖으로 나아가려면 공기량이 줄어들어 연소 자체가 불가능하다는 문제가 있었다.

즉, 지구 밖을 나가려면 전혀 다른 추진의 메커니즘이 필요했다.