첫번째 평행우주. 인류의 탄생과 진화는 더디고 더디었다. 지구가 태어난지 100억년이 되어가던 때 태양의 노화와 함께 지구의 환경은 인류의 생존을 심각하게 위협하게 되었고, 인류는 별다른 방법을 알지 못한째 시한부 인생의 말로를 걷고 있었다. 가까스로 인류의 마지막 희망이자 첫번째 평행우주의 마지막 생존자로 알려진 한명이 스스로 실험한 시간여행의 성공으로 문명 초기로 되돌아 올 수 있었다. 이것이 두번째 평행우주가 첫번째와 갈라지는 시발점이 된다.





두번째 평행우주. 첫번째 우주의 마지막 생존자는 두번째 우주의 멸망을 막기 위하여 아직 미개한 인류의 문명을 앞당기려 한다. 불과 물을 사용하는 법을 가르키고, 농사를 지어 모여 살도록 한 것이다. 그는 신화와 전설을 퍼트려 후세의 인류가 살아남아 지구를 탈출 하기를 원하는 간절한 마음을 남겼다. 다섯번의 평행우주를 거친 인류의 엑소더스의 시작은 이렇게 시작한다. 두번째 평행우주의 인류 중 그가 남긴 힌트를 통하여 수십명의 사람들이 시간여행을 성공한다. 그들의 우두머리는 '마야'라고 전해진다. 과거로 돌아온 그들은 조직적으로 문명을 일구어 내기 시작한다. 또 다른 우주의 시작이다.

세번째 평행우주. 이들은 전세계에 뿔뿔이 흩어져 조직적으로 문명을 일구어 내기 시작한다. 이 우주의 기준으로 기원전 3천년 이라고 부르는 시기부터 인류는 본격적으로 발전하기 시작한다. 하지만 이들 수십명의 선각자의 노력으로도 미래의 인류는 탈출에 성공하지 못했다. 대신 다음기회를 위한 확실한 방법을 취하게 된다. 몇십억년 후 거의 1만년에 걸쳐 수십만명의 인류가 과거로 내려온다. 이들은 그들끼리 모여 새로운 기회를 시작한다.

네번째 평행우주. 과거로 내려온 미래의 수십만명의 인류. 이들이 만든 문명의 후손들은 '아틀란티스'나 '무'와 같은 이름으로 기억되고 있다. 세번에 걸친 인류 중 이들의 문명은 가장 찬란 하였다. 문명의 발전은 가장 이른시기에 가장 높은 경지에 올랐고, 이들은 우주를 향하여 날아오르기 일보 직전 이었다. 하지만 가장 성공적 이었던 이들의 시도는 어이없고 허탈한 대형사고로 허무하게 끝나버리고 만다. 이쯤되면 우주 어딘가에 존재하는 '신'이 인류의 탈출을 방해하고 있다고 생각되기도 했다. 하지만 인류는 살아남아 다음기회를 만들어 낸다. 수십명의 사람들이 다시 과거로 돌아온다.

다섯번째 평행우주. 수십명의 선각자는 자신들은 전혀 모르지만 세번째 우주의 선각자와 거의 완전히 똑같은 일들을 한다. 이들의 우주는 세번째 우주의 판박이 처럼 흘러간다. 수십만명의 인류가 다시 과거로 향한다.

여섯번째 평행우주. 이들의 문명은 기존의 다섯번의 우주보다 가장 뛰어나고 안정적인 문명이다. 이들은 기존에 다섯개의 평행우주에 관한 사실까지 알아내고, 이들에게 닥친 거대한 재난도 이겨낼 수 있었다. 나는 여섯번째 우주에 살게 되었고 이런글을 기록할 수 있다는 사실이 행운이라고 생각한다. 이들은 시간여행을 할 수 있지만, 또 다른 평행우주를 만들 필요가 없었다. 이들에게 이미 지구의 운명은 중요치 않다. 이미 지구를 떠나 여러개의 행성을 가지고 있는 우주문명으로 거듭나는데 성공했기 때문이다. 인류는 여섯번째 우주에서 드디어 '마지막 희망'을 이루게 된다.

최근들어 가장 재미 있게 읽은 외계인 마틴님의 성간전쟁(1,2,3) 글 에서 저의 상상력을 자극한 등장인물이 하나 있었습니다. 바로 "아령성의 전투행성" 입니다. (이야기 내 에서의 태양계의 제9행성도 아령성의 전투행성과 동일한 개조행성 입니다)

출처: wiki commins created by NASA.

여기에 등장하는 아령성의 전투 행성은 지름 12,000km의 크기의 원형 모습을 하고 있으며, 행성 내부와 외부 사이에 500km가 넘는 지표가 존재 하고, 내부 공간에는 10억명의 인류가 거주 할 수 있는 공간이 있으며, 완벽한 순환계를 구성하고 있습니다. 광속의 50% 까지 짧은 시간에 가속 할 수 있으며, 주요 공격 수단으로 해치를 통해 발진할 수 있는 1만대의 전투함을 가지고 있습니다. 이야기 내 에서는 목성과 화성궤도 사이의 소행성을 가속시켜 지구를 공격하였습니다.

이 "아령성의 전투행성"이 어떤 모습을 갖추고 있을찌 상상해 보았습니다.

• 원형의 외관

  설정에 따르면, 전투행성의 모양은 원형입니다. 그리고 지름은 지구와 거의 같습니다.  그러니까 크기 자체는 지구와 거의 같은 형태 입니다. 다른점은 지구의 경우 행성외부 표면 부분에 생명이 거주하며, 대기를 가지고 있지만, 전투행성은 지표 500km 안쪽의 지하에 거주하고 있다는 점 입니다. 반지름의 8.3% 정도에 해당하는 이 지점은 지구의 경우 상부맨틀의 아래부분에 해당하며, 압력이 매우 높아서 암석이 변이를 일으키는 부분이기도 합니다.

• 내부 거주구역

  처음부터 새로 만들어진 인공행성이 아니라, 원래 존재하던 행성을 수천년을 두고 개조한 행성이라는 점. 그리고 크기를 보았을때 "목성형 행성"이 아닌 "지구형 행성"이 라는 점을 고려해 보면 전투행성은 내부가 비어있는 모습이 아니고 지표와 중심핵이 존재하고 지표아래 매우 견고한 구조의 거주구역이 존재 하는 모습일 것 같습니다. 중국의 인구가 16억 이라는 것을 고려하면, 10억의 인구가 거주하는 거주구역의 크기는 생각보다 작아도 됩니다.
  

  
  
  

• 운동 특성

  전투행성은 광속의 50%까지 가속이 가능합니다. 자전을 하지 않고 한 방향으로 계속 날아간다면, 소행성 및 성간물체의 충돌이 한쪽 면에만 발생되며, 다른 천체의 중력간섭에 의한 궤도 영향도 크게 됩니다. 행성이 원형을 유지 하면서 궤도 변환 및 보호에 최적의 효율을 내기위해서는 자전을 하면서 앞으로 나아가는 방식이 가장 좋아 보입니다. 문제는 이런 운동을 할 경우, 현재 인류가 사용하는 반작용을 이용하는 추진방식 보다는 효율적인 추진 방식이 필요 할 것으로 보입니다.

• 가속 및 감속

  광속의 90%까지 3일 이내에 가속하려면 3일내내 초속 1km 의 가속도가 필요합니다. 이때 가해지는 압력은 100G에 해당합니다. 가속과는 좀 다르지만 지구의 공전속도는 평균 초속 30km 정도입니다. 광속의 50% 까지 짧은 시간에 가속하려면 얼마의 가속도가 필요한지 정확히 계산해 보아야 겠지만, 지구의 공전속도를 보았을때 행성 자체가 가속의 압력을 견디는 것 보다, 탑승원의 몸을 걱정 하는 것이 먼저일 것 같습니다.

• 추진 장치

  아령성의 전투행성은 지구와 비슷한 크기를 고려할때, 비슷한 질량 가지고 있을 가능성이 높습니다. 이 어마어마한 질량의 물체를 짧은 시간에 광속의 50% 속도까지 가속할 경우 어마어마한 추진장치가 필요 하겠죠. 미래의 기술이 아니면 현재로는 불가능 한 일 입니다.

이 아령성의 전투행성을 가지고 장거리 우주여행을 할 경우 여러가지 장점을 가질 수 있습니다. 장거리 우주여행을 하기위하여 해결 해야 할 12가지 문제점 중 무려 10가지의 문제가 해결 될 수 있습니다. 가장 중요한 문제인 추진장치만 해결된다면 이 거대 우주선은 은하를 여행하는 가장 쾌적한 운송수단 일 것 같습니다.

지구연방의 우주탐사 역사에 한획을 그을 수 있는 "스파르타크 프로젝트"가 드디어 그 결실을 맺으려 한다. 스파르타크 우주선에 탑승할 18명의 명단이 오늘 공개 되었는데, 가장 나이가 많은 스파르타크 호의 선장 (25세, 남)을 중심으로, 가장 나이가 어린 게라시, 마르타, 베로니카의 나이는 이제 겨우 10세에 불과하다. 연방정부 과학처의 발표에 따르면, 이들이 약 80년간의 임무를 성공적으로 마치고 돌아오게 된다면, 75세의 나이로 다음세기가 되서야 도착할 것이라고 밝혔다.

출처: commons.wikimedia.org created by NASA.

이들 18명의 영웅을 선발 하는 데는 지원자 5만3201명을 대상으로 지난 1월부터 1년 가까이 진행된 철저한 심사가 있었으며, 심사 방식 및 진행은 철저히 비밀에 쌓여 진행 되었다.

이들 중 8명은 지질,탐사,물리,수학,의학,천문,항해 등의 분야에서 천제적인 자질을 인정 받은 젊은이들로 이루어져 있으며, 10명의 어린아이들은 천재적인 가능성을 가지고 있다. 이들은 8명의 리더로 부터 완벽한 교육을 받게 될 것이며, 다른 행성계에서의 탐사활동에 주도적인 역할을 담당하게 될 것이라고 밝혔다.

과학처는 또 현재 장거리 항해에 적용 될 수 있는 최신기술로 궤도상에서 건조된 가장 거대한 우주선인 스파르타크도 소개 하였는데, 스파르타크는 80년 이상 장기임무가 가능한 보급품을 싫을 수 있으며, 각종 탐사장비와 연구장치, 재활용 장치, 원심 중력장치 등이 설치되어 있다고 한다. 우주선의 최대 속도는 광속의 80%까지 가능 하며, 최대 가속은 0.5G 까지 낼 수 있다. 이는 현재 가장 빠른 우주선의 광속의 88% 속도에 근접한 속도로 장거리 우주선으로서는 가장 빠른 속력이다. 또한 최대가속은 0.5G 까지 가능 하다. (현재 최대가속은 1G까지 가능한 기술이 있지만, 장거리 우주항해에 필요한 원심 중력장치를 유지하려면 현재 기술로는 0.5G가 한계라고 한다.)

18명의 우주인은 11번 우주도시에서 장거리 우주여행을 위한 적응 훈련을 거친 후, 오는 9천9백5십년 1월1일을 기해 에리다누스에 속한 항성계를 향하여 22년 간의 긴 여행을 시작하게 된다. 향후 과학처는 지속적인 우주 탐사계획을 추진할 예정이다. 현재까지 지구와 가장 비슷한 환경이라고 관측되는 행성계는 에리다누스에 속한 항성계가 가장 많은 것으로 알려져 있다.

- 우주력 9천9백4십9년 3월 어느날 연방뉴스 -

참고로 이 글에는 1960년대 러시아의 SF 작가 Kirill Bulychev 의 단편 "I Was the First to Find You"의 인물들이 등장 합니다. 일종의 팬픽이라고 할 수 있습니다. ^^

대표적인 우주항공사 '제노이 코스모스'에서 최근 승무원 및 승객들의 피로를 최소화 하면서 최대항속을 유지할 수 있는 항해법을 소개 하였습니다. 이 항해법은 '제노이 코스모스' 우주항공사에서 지난 50년간 시험적용 해 본 결과 탑승인원의 피로도 및 평균운항속도 면에서 탁월한 효과가 입증되었다고 합니다. 우주선의 속도를 관측시간 당 그래프로 그려보면 파도처럼 보인다고하여, 파도항해법 이라고 불리우며. 세부 운항 방법은 아래와 같습니다.

1. 광속의 99.5% 속도까지 가속항해. (99.5% 가속기술은 최신기술이며, 시험 초기에는 90% 였음)
   
2. 승무원들의 생체시간이 오전 6시에 이를 때까지 무중력 항해. (광속의 99.5% 속도)
3. 생체시간을 기준으로 오후 3시에 이를때까지 0.8G 감속운행. (통계적으로 광속의 98.8% 까지 감속됨)
4. 0.8G 가속으로 전환하여 다시 9시간 가속운행.
5. 이후 6시간 동안 무중력 항해. (광속의 99.5% 속도)
6. 목적지가 가까워 오면 감속운행으로 전환

파도항해법을 이용하면 그 동안 승무원 들의 건강문제로 항해가 불가능하던 5광년 이상의 거리를 항해하는 것이 가능하며, 장거리 항해 후의 후유증도 크게 줄어들 것으로 전망 되고 있습니다. 다만 기존의 단순 항해 방식보다 10배 이상의 에너지를 더 사용한다는 단점이 있다고 합니다.

파도항해는 가속과 감속에 사용하는 가속력에 따라 3가지 운행 방법으로 분류 됩니다.

먼저 0.8G로 가속 및 감속하는 항해법의 경우 440일 동안 가속 또는 감속 상태에 들어가게 됩니다. 이 경우 승무원들의 상대시간은 347일(약 12개월)이 됩니다. 그리고 2G로 가속 및 감속 하는 경우 176일 동안 가속되며 상대시간은 138일 (약 4.5개월)이 됩니다. 이 경우 특수 슈트를 착용한 상태에서 생활하게 됩니다. 통계적으로 슈트를 착용한 상태에서 1.5G의 가속 및 감속(각각 관측시간 234일, 상대시간 185일)을 사용하는 것이 가장 효율적 이었다고 합니다.

평균적으로 "1.5G 파도항해"로 5광년을 이동하는 관측시간은 2078일 (5.69년), 상대시간은 563일 (1.54년)이며, 10광년을 이동 할 경우 관측시간은 3911일 (10.71년), 상대시간 782일 (2.14년)이 걸릴 것으로 예상된다고 합니다.

- 우주력 1만2십3년 7월 어느날 연방뉴스 -

외계인은 존재 할까? 존재 한다면 어떻게 생겼을까? 어디에 살까?

온 우주에서 지구와 환경이 비슷 하리라고 예상되는 행성의 갯수는 XXX개 정도, 관측적 근거가 있는 것은 아니고 다만 확률적인 계산 뿐이다. 외계인에 대한 자료를 찾아보면 대부분 추측이나, 미약한 관측적 근거를 가지고 추측하는 자료이다. 더구나 과학적 근거를 가지고 살펴보는 자료들은 대부분 창조과학 쪽에서 외계인의 존재 가능성을 부정하는 글이 대부분이다. 어쩔수 없는 것이 아직까지 외계인의 존재에 대한 관측의 시도는 성과가 전혀없다고 해도 과언이 아니다. 그럼에도 불구하고 요즘 자라나는 5살배기 어린아이들 까지 외계인이 있다고 믿고 있더라. (이것은 마치 산타클로스가 존재한다고 굳게 믿고 있는 동심으로 보아야 하는 것일까?)

 

출처: 지민이가 그린 외계인 그림

아무튼 "스페이스 오페라" 에서 등장하는 "외계인과의 멋진 우주전쟁 장면"을 무지무지 좋아하는 주인장으로서는 이런 (공상과학의 세계와 현실과학의 세계와의 엄청난 괴리가 존재하는) 현실이 정말 아쉬울 따름이다.

그럼 미래에 어느 때 즈음에 정말로 우주에서의 전투가 일어나게 된다면  상대는 누가 될 가능성이 가장 클 것인가?

제일 가능성 높은 것은 아마도 같은 "지구인" 일테고, 그 다음에 가능성 높은 것은 어떤 이유에서든 간에 가까운 행성으로 이주해간 "인간" 일 것이다. 거기에 조금 더 (미약한) 가능성을 찾아 본다면, 아주아주 오랜 시간이 흐른 뒤에 지구에 있던 어떤 생물(또는 무생물)이 진화해서 지성을 가지게 된다는 가정 일 것이다. (이런 상대는 원숭이 인간이 될 수도 있을 테고, 로봇이 될 수도 있을것이다)

이렇게 되면 아마도 각각의 상대방이 위치한 거리는 태양계 안쪽이 될 가능성이 매우 높을 것이고, 최대한으로 거리를 넓힌다고 하더라도, 대상은 태양계에서 가장 가까운 항성(약 4.5광년) 또는 행성(약 10광년)이 될 것이다.

가능성은 전혀 밝혀 진게 없지만, 만약 외계인이 있다면 그 외계인들이 위치한 곳은 가장 가까운 곳이라고 해도 지구에서 약 10~100광년 사이가 될 것이다. 이렇게 먼 거리는 현재로써는 어떻게 이동할 것인지 예상조차 할 수 없는 거리가 된다. 현재의 시간 속에서 외계인과의 우주전쟁은 상상 속에서나 가능한 일일 것이다.

관련글:

2007/11/04 - 외계인과 우주전쟁을 한다면 #2 - 이야기의 가정

참고글:

화성에 생명이?

과학자와 외계 생명체

외계생명체 유입설

현재 우주전함에 가장 가까운 모습을 지닌 것은 우주왕복선 일 것이다.

출처: commons.wikimedia.org created by NASA.

우주왕복선은 지구에서 우주로 나갔다가 다시 지구로 귀환하는 것을 목적으로 설계된 모양이다. 여기에는 장기간의 우주항행을 하기 위한 몇가지 고려가 빠져있다.

장기간의 우주 항해를 위한 한 두가지 고려를 더하여서 우주전함의 모습을 상상해 보면 아마 이런 모습이 되지 않을까 한다.

출처: 직접 그렸음

거주구역

• 가속도를 탑승한 사람의 아래방향으로만 받게 하기 위한 구조가 포함되어 있다. 가속이나 방향전환 중에 받는 압력을 아래쪽으로 유지하기 위하여 승무원들은 전부 자유자제로 방향 전환이 가능한 구체 안에 있어야 한다. 이 경우 어느방향으로 움직이던간에 가속 압력을 항상 아래 방향으로 유지 하는 것이 가능 하기 때문에 인공 중력이 생기게 된다. 최대 속도로 올라가서 가속을 더 이상 못할 때에는 무중력 상태가 된다.

추진구역

• 추진구역은 아무리 효율 좋은 추진방식을 개발 하더라도 전체 크기의 꽤 많은 비율을 차지하게 될 것이다. 여기에 방향 전환을 위한 보조 추진 장치도 필요하다. 우주항해의 순서는 가속항행->최대항행->감속항행 의 순서로 이루어 질 것이다.
  

무기구역

• 무기구역은 다른 구역에 비하여 부피가 작을 것이다. 하지만 자유로운 방향 전환을 위한 위치가 필수 적이다.

맨 앞부분에 해당하는 부분은 항해 도중 방해되는 물체를 저지하기 위하여 플라즈마나 레이저로 이루어진 보호장치가 필수 적일 것 같다.
항해가 최대항행을 넘어서 감속에 들어가면 추진부의 방향을 돌려야 하는데 이때 추진부가 앞쪽을 향하게 되기 때문에 방해물체를 보호하기 위한 장치가 후방부에도 고려되어야 한다.

정말로 방어막 같은게 개발 된다면 멋지게 생긴 우주전함을 만들 수 있을텐데, 그러지 못하는 것이 참으로 아쉬울 따름이다. ^^

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.

아래의 글은 1983년 당시 레이건 대통령이 Strategic Defense Initiative (SDI) 프로젝트를 발표하고 나서 Dr. Richard M. Roberds 가 1984년에 조사한 내용이다. 양성자 빔이나 중성자 빔의 원리 대한 자료를 찾다가 비교적 정확해 보이는 자료를 찾게 되어 앞부분에 해당하는 내용을 간단히 번역해 보았다. 물리용어나 군사용어 들이 많고, 영어 사전에도 없는 단어들이 간혹 있어서 오역한 내용이 있을 수도 있으며, 정확한 번역 보다는 필요한 문맥 만 읽어보고 입자 빔의 원리를 이해하는 것을 목적으로 하였기 때문에 의역이 많으니  참고하여 읽으시기를..

원문출처: Introducing the Particle-Beam Weapon

소련의 ICBMS 에 대항하여 최신무기로 방어하자는 레이건 대통령의 제안이 논란을 불러일으키고 있다. 이와 같은 방어 시스템은 개발하는데 돈이 많이 들고, 위험요소가 많은 기술이며, 개발 되더라도 가격에 비하여 효율이 떨어진 다는 주장과, 최신 기술을 계속 개발 하여야 한다는 주장이다. 이런 무기를 개발 할 수 있고, 효과적으로 배치 할 수 있다면 이것은 국가안보적으로 중요한 일이다. 이런 무기가 가능 하다면 먼저 개발하는 것은 소련이 아니라, 미국이 되어야 한다.

빔무기를 사용하면 ICBM 공격을 방어할수 있는 가능성을 높일 수 있다. 빔무기는 "탄환"이 필요없고, 거의 빛의 속도를 가진다는 특징이 있기 때문에, 빠르게 움직이는 목표를 효과적으로 저지할 수 있다. 우주에서 수천 킬로미터의 긴 거리를 타격 할 수도 있다.

그리고 치사량의 에너지를 초단위로(또는 100분의 1초 단위로) 전송 할 수 있다. 탄약도 필요없고, 파워 제너레이터를 위한 연료만 있으면 된다.

빔무기에는 크게 세가지 종류가 있다 : 마이크로파 빔무기, 고 에너지 레이저, 입자 빔. 마지막 두가지만 정부의 지원을 받았다.

고 에너지 레이저 (HEL)를 이용한 무기는 20년 이상 개발 되었으며, 어느정도 수준있는 결과들을 내고 있다.

반면에 입자 빔 (PBW)의 연구는 최근까지 잠잠 했지만 Advanced Research Projects Agency (현재는 DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency)로 불리움) 의 협찬으로 프로젝트가 시작되어 1960년에 첫번째로 시연하게 되었다. 코드네임 Seesaw인 이 프로젝트는 입자 빔을 탄도미사일을 방어에 사용할 수 있는지 조사하는 것이 목적이다. 입자빔은 레이저에 비하여 살상력이 더 높을 것으로 예상된다.

입자 빔의 성공적인 개발을 위하여 서는 여러 분야에서의 상당히 수준높은 기술의 연구가 필요하다. 이 글은 입자 빔 에 대한 기본적인 이해를 도와, DOD와 국방위원회의 (입자빔 개발)결정에 도움이 되기 위하여 작성한다.

입자 빔이란 무엇인가?

입자 빔은 다른 빔무기 와 에너지가 전달되는 방식에서 다르다. 몇가지 작동방식이 있지만, 공통적으로 입자 빔 무기는 원자 또는 입자를  (충분한 양의  에너지를 공급해서) 빛의 속도에 가까운 속도까지 가속시킨 다음, 매우 강한 에너지 빔으로 모아서  발사하는 방식이다.

현재 빔에 사용되는 입자는 전자,양성자, 또는 수소 원자이다. 수소 원자는 원자들 중에 가장 작은 원자 인데 이 수소 원자의 핵이 양성자 이다. 수소 원자는 하나의 양성자와 하나의 전자를 가지며, 핵의 무게는 전자의 2000배에 해당하며, 양성자와 전자는 각각 + 와 - 의 전기값을 가진다.

입자 빔은 우리가 잘 알고 있는 자연현상인 "번개"와 비슷한 현상이다. "번개" 에서는 '전자'에 해당하는 입자들이 - 전기값을 가지는 구름으로 부터 + 전기값을 가지는 구름이나 지구의 한 부분으로 흐르게 된다.  "번개"에서 전자들은 미터당 50만 볼트 정도로 가속되며, 이 값은 입자 빔 보다 적은 값이지만 전자의 갯수가 훨씬 더 많기 때문에 자주 더 파괴적인 결과를 가져온다.

빔무기로 사용한다는 목적을 고려해 보면 수소원자는 중성값을 가지기 때문에 수소입자를 사용하는 방식은 지구 자기장의 영향에 민감하지 않고, 빔안에서 같은 값을 가지는 입자들간의 상호 반발력 때문에 확산되기 쉬운 성질도 없기 때문에 빔 무기로 사용하기에 적합하다. (대기중에서는 공기분자와 충돌하여 자연적으로 중화될 것이다)

입자 빔이 목표를 파괴하는 방식은 빔에 주입된 에너지를 목표에 전달하는 방식이다. 빔안의 입자들이 목표를 이루고 있는 물질의 원자,양성자 또는 전자와 충돌하면 빔안의 입자가 가지고 있던 에너지가 목표의 입자를 통과하게 된다. 마치 당구공끼리 충돌 하듯이 말이다. 그 결과 목표는 굉장히 높은 온도까지 급속하게 뜨거워진다. 이것은 어떤물체가 폭팔하는 광경과 동일하다. 목표가 폭팔 할 만큼 충분한 에너지라면 말이다. (이것이 꼭 파괴를 의미하는 것은 아니다)

입자 빔의 원리를 전기적 특성으로 설명 하는 부분 생략 (앞부분의 번개와 비슷 하다는 설명으로 충분 할 듯)

입자 빔 무기의 종류

입자 빔 무기에는 크게 양성 또는 음성 입자를 사용하는 빔 무기와 중립 입자를 사용하는 빔 무기 두가지 종류가 있다. 대기중(내기권)에서 사용하기 위한 양(음)성자빔을 개발 하는 것과 우주(외기권)에서 사용하기 위한 중성자빔을 개발 하는 것은 전혀 다 기술들이 필요하다. 먼저 충분히 높은 동력이 필요하고, 우주에서 운영 되는 것과 달리 대기중에서 특징을 정의 하는 것이 필요하다. 내기권에서 사용되는 고출력 동력부와 입자가속기를 개발 하는 것은 매우 위험도 높은 기술에 의존하게 된다.

외기권용 무기에서도 상당한 기술적인 문제들이 있다. 하지만 내기권용 무기 보다는 어렵지 않다.  외기권용 빔 무기는 수천키로 떨어진 목표에 에너지를 집중하여 맞출 수 있어야 한다. 그러기 위해서는 첫째, 무기가 높은 강도로 만들어져야 하고, 중성자 빔은 입자 가속기 부분에 하찮은 문제가 남아 있다. 둘째, 목표를 조준할 수 있는 시스템이 필요하다. 이 시스템은 빔의 오차를 보정 할 수 있어야 한다. (이것을 포착 하는 것은 매우 힘들다) 그리고 필요한 경우 빗나간 것을 목표로 방향을 변경 하여야 한다.

내기권과 외기권에서 사용되는 입자 빔 무기는 차이가 있기 때문에 두가지 다른 종류의 무기체계가 필요하다. 하지만 기초적인 부분에서의 개발은 두가지 다 동일하다.

입자 빔 무기를 위한 개발 영역

이 부분은 구체적인 기술 영역을 설명 하는 부분이므로 그림 한장으로 대체, 나머지 부분 모두 생략

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• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #3 - 이야기의 시작
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• 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.

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• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #3 - 이야기의 시작
• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #4 - 본격적인 이야기
• 외계인과 우주전쟁을 한다면 #5 - 초광속비행
  

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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?

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• 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. ^^

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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. ^^

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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.

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