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비행기의 과학 - 비행의 원리부터 최신예 전투기까지 ㅣ 뉴턴 하이라이트 Newton Highlight 120
아이뉴턴 편집부 지음 / 아이뉴턴(뉴턴코리아) / 2018년 6월
평점 : 
Newton HIGHLIGHT 120
비행의 원리부터 최신예 전투기까지
「비행기의 과학」
뉴턴코리아 / (주)아이뉴턴
과학의 기초부터 첨단까지 비주얼로 보는
중학생과학잡지 뉴턴하이라이트는
과학전분야의 핵심주제를 선정하여
학생들이 이해할 수 있는 정보와 설명을
담고 있으며 생생한 사진과 일러스트로 원리와
개념을 이해하고 배경지식을 쌓아갈 수 있도록 해줍니다.
Newton HIGHLIGHT 120
비행기의 과학에서는
비행기는 어떻게 날 수 있는 가?
거대 여객기의 구조, 이륙부터 착륙까지 완전 도해,
비행기의 심장 '제트 엔진'의 메커니즘,
높은 스텔스 성능을 가진 최신예 전투기,
차세대 비행기 개발 현형과 드론,
신형 로켓의 메커니즘에 대한 정보로
비행의 원리부터 최신예 전투기까지
비행기의 역사와 현재, 미래까지 보여주고 있습니다.
비행기는 과학 기술의 결정체라고 해도 지나친 말은 아니다.
무게 수백톤의 금속덩어리가 하늘을 날아가는 과학적인 원리에
대한 이해는 물론, 기계.전자.소재 공업 등 다양한 분야의 기술과 경험이
모여야만 비행기를 만들고 운항시킬 수 있기 때문이다.
그래서 '비행기를 만드는 수준이 곧 그나라의 과학 기술의 수준'이라는 말도 한다.
이책의 시작은 1903년 미국의 라이트 형제가 인류 최초의
유인 동력 비행에 성공한 배경부터 시작한다.
그때로부터 1세기 이상 세월이 지났고 지금까지 항공 기술은 눈부시게 발전했다.
라이트 형제의 비행기 세부 구조와 최초의 비행 현장을 소개하며,
라이트 형제의 업적에 대해서 알려주고 있다.
뉴턴 과학잡지 '비행기의 과학' 이 책에서는 비행기의 모든 과학을
실물 사진과 정밀한 일러스트레이션으로 보여주고 있는
비행기와 우주선, 로켓의 입문서라고 볼 수 있다.
제 1장 완전 도해 항공기
무게가 수백톤이나 되는 금속 덩어리가 어떻게 하늘을 날 수 있을까?
제1장에서는 우리가 잘 알고 있는 여객기를 철저하게 해부한다.
이륙에서부터 순항, 착륙까지의 과정과 비행기의 동체, 날개, 바퀴,
엔진, 조종실 등의 구조 및 정비와 양력 등, 비행기가 뜨고 내리는 데
필요한 여러 사항들을 세밀한 그림과 선명한 사진, 상세한 설명으로 보여주고 다.
2층 객실을 가진 사상 최대의 여객기 'A380' 은 유럽 여러 나라의 공동 회사인 에어버스가 제작했다.
A380의 바닥 면적은 점보제트라는 애칭으로 친숙한 미국 보잉의 여객기 'B747'의 1.5배나 된다.
어떻게 이런 무겁고 거대한 금속 덩어리가 하늘을 날 수 있을까?
이번 장에서는 A380이 하늘을 날기 위해 갖춘 여러 가지 구조를 살펴보면서 비행기가
나는 비밀들을 하나씩 파헤쳐 볼 수 있다.
A380을 앞에서 보면 동체의 크기에 비해 주날개가 매우 긴 것을 알 수 있다.
나아가 주날개에는 좌우 합쳐 4개의 거대한 터보팬 엔진이 탑재되어 있다.
엔진 1개의 무게는 약 6.5톤이다. 주날개와 동체가 붙어 있는 부분은 가볍고
강한 '알루미늄 합금'으로 만들어졌기 때문에 이처럼 가늘고 긴 날개도 접히지 않는다.
주날개의 면적은 좌우 합쳐 845㎡에 이른다. 이것은 농구 코트 2개 정도의
넓이에 해당하며, A380은 거대한 날개가 만들어 내는 '양력'에 의해 하늘을 날 수 있다.
거대한 A380을 하늘에 띄우는 원동력은 양 날개에 달린 4개의 강력한 '터보팬 엔진'이 만들어 낸다.
터보팬 엔진은 먼저 거대한 팬으로 대량의 공기를 끌어들인다. 흡입된 공기는 둘로 갈라져,
중심부의 공기는 압축기에서 압축되어 연소실로 보내진다. 연소실에서는 연료가 압축 공기와
혼합되어 연소되고, 연소 결과 생긴 고온.고압의 가스는 앞쪽의 압축기와 팬을 움직이기 위한
터빈을 돌리고, 제트 분류로 배기된다. 둘로 나누어진 다른 한쪽의 공기는 코어엔진을 감싸듯 흐른다.
이 흐름을 바이패스류 라고 부른다. 터보팬 엔진은 연비가 좋을 뿐 아니라 소음이 적은 특징을 가졌다.
현재 이착륙 이외의 비행은 거의 '오토파일럿'으로 이루어진다. 오토파일럿은 컴퓨터가 기체의
자세와 속도 등 비행 상태를 계기류로 파악해 제어하고 미리 프로그램된 운항 경로를 자동으로
비행하는 시스템이다. 한편 착륙 때는 '계기 착륙 장치(ILS)'라는 장치가 표시하는 착륙 경로를 비행한다.
ILS는 착륙 태세에 들어간 비행기에 대해 공항 부근부터 전파를 보냄으로써 착륙 경로를 유도하는 장치이다.
제 2장 군용기와 차세대 비행기
2장에서는 최신 전투기, 태평양을 2시간 만에 횡단하는 극초음속 여객기,
태양광 에너지를 이용하는 솔라 플레인, 여러 분야에서 활약이 기대되는 드론 등
지금 화제가 되고 있는차세대 비행기를 자세히 소개해주고 있다.
비행기의 역사에서 속도 향상은 매우 중요한 목표였다. 그런데 비행기가 속도를 올릴 때는
한 가지 장벽이 있따. 그것은 '소리의 벽'이다. 소리와 같은 속도를 '마하 1'이라고 하며
지상에서는 시속 1224km이다. 비행기의 속도가 마하 1을 넘는 것을 소리의 벽을 깨트린다고 표현한다.
물체가 공기 속을 음속보다 빠른 속도로 비행하면 '충격파'가 생긴다. 충격파란 공기 속에서
전해지는 압력의 급격한 상승을 일으키는 일종이다. 이 충격파에 의해 비행기는 '조파 저항'이라
불리는 공기의 저항을 급격하게 받기 때문에 단순히 엔진 추력을 올리는 것만으로는 소리의 벽을
깨뜨리기가 어렵다.
비행기는 끝없이 진화하고 있다. 현재 제트 비행기는 등유의 일종인 '케로신'을
연소시킴으로써 비행한다. 그래서 대량의 이산화탄소와 질소 산화물이 상공에서
배출되어 환경에 끼치는 영향이 염려된다. 이 문제를 해결하기 위해
태양광을 이용해 비행하는 비행기(솔라 플레인)가 연구되고 있다.
태양광을 이용해 비행하는 '솔라 플레인'이 활약하는 상상도를 보면,
상공 20~30km의 성층권을 반영구적으로 비행하는 솔라 플레인을 이용해,
솔라 플레인끼리 또는 지상의 무선 기지국, 비행 중인 여객기, 선박,
그리고 인공위성 등과 정보를 주고받음으로써 현재보다 간편하게 통신이나
방송을 할 수 있으리라 생각된다. 또 만약 고장이 나거나 사용기간이 넘어도
인공위성과는 달리 쉽게 회수할 수 있다는 장점을 가졌다.
차세대 비행기 드론은 2개 이상의 프로펠러를 가지고 있으며 무선으로 조작하는
헬리콥터(멀티콥터)이다. 재난 지역의 조사나 무인 배달 등 다양한 용도로 이용할 수 있다.
그중에서도 공중 촬영에 특화된 드론은 전문가부터 아마추어에 이르기까지 쭉 넓은층에서 이용된다.
제 3장 새로운 항공기의 개발
지금도 새로운 비행기, 그중에서도 제트 여객기의 개발은 끊임없이 이루어지고 있다.
그 중심은 미국과 프랑스 등지를 중심으로 하는 유럽이다.
3장에서는 새로운 항공기 개발 사례를 일본의 경우를 중심으로 살펴볼 수 있다.
여객기 보잉747이 2011년 11월부터 일본과 홍콩 사이의 항공 노선에서 운항을 시작했다.
B787은 ANA가 개발 단계부터 참여해 주 날개를 포함한 약 35%를 일본 회사가 제작하고 있다.
미국의 보잉사가 주날개의 제조를 다른 회사에 맡긴 것은 처음 있는 일이어서, 일본에서는
'787은 준 일본 제품' 이라고 표현하는 사람도 있을 정도이다.
비행기에는 다양한 기술이 적용된다. 비행기는 주날개나 꼬리 날개의 '조종익면'을
움직여서 비행한다. 예컨대 이륙할 때는 주날개 뒷부분의 '플랩'을 내림으로써 큰 양력을 얻을 수 있다.
'플랩이 없다면 이륙할 때 비행기를 떠오르게 하는 양력을 얻을 수 없다.'는 아사이 교수의 말처럼
그만큼 중요한 장치이다. 또 기체에는 비행에 필요한 고도나 속도 등의 정보를 얻기 위한 센서가 있다.
'미쓰비시 리저널 제트(MRJ)'는 미쓰비시 항공기주식회사가 개발한 좌석수 70~80석
규모의 제트 여객기이다. 리저널 제트는 어떤 지역을 비행하는 근거리 제트 여객기로
MRJ의 경우 기종에 따라 대략 1800~3000km의 거리를 비행할 수 있다.
시험기의 제조, 그리고 시험기를 바탕으로 지상과 하늘에서 실험과 수정 제작을 거듭하면서
세계의 하늘을 폭표로 하고 있다.
제 4장 우주선 로켓의 기술
하늘을 날게 된 인류는 자연스럽게 우주를 목표로 하게 되었다.
4장에서는 현재 활약하고 있거나 개발 중인 로켓과 우주선에 대해 소개하고 있다
우주 황복선이 퇴역한 이후 NASA와 같은 공적 기관은 물론 민간 기업도 여러 가지 로켓과
우주선을 개발해서 사람과 물자, 인공위성을 우주로 내보내고 있는 상황을 사진과 그림을
중심으로 설명하고 있다.
2011년 7월 21일은 아틀란티스호는 우주 왕복선으로 마지막 비행을 마치고
미국 플로리다주에 있는 케네디 우주 센터에 착륙했다. 이를 마지막으로 30년에 걸친
우주 왕복선 역사에 막이 내렸다. 마지막 미션에는 국제 우주 정거장(ISS)에 보급 물자를
운반하고 사용이 끝난 기자재와 불필요한 물품을 회수해 지구로 가져왔다.
아틀란티스호는 전회 미션(STS-135)의 긴급 사태에 사용하기 위해 대기하고 있던 기체이다.
일상적인 비행미션과 마찬가지로 기체 준비가 되어 있기 때문에 비용 측면 등이
고려되어 갑자기 우주 비행이 결정되었다.
우주 왕복선이 은퇴한 뒤에도 미국의 민간 기업이 국제 우주 정거장(ISS)으로
물자를 수송하는 데 성공하고 중국의 유인 우주선에 처음으로 여성이 탑승한 미션이
성공하는 등 우주 개발에 관한 뉴스가 이어지고 있다.
ISS는 전체 길이 100m, 전체 폭 73m나 되는 크기의 거대한 유인 실험 시설이다.
지상 약 400km 높이에 있는데 약 90분에 한 번씩 지구를 돌고 있다.
Newton HIGHLIGHT 120 비행기의 과학 에서는
과거부터 현재, 미래까지 비행기의 발전 과정과
각 비행기의 원리, 내부 구조등을 학생들에게 보여주고 있으며
미래 진로로 비행기와 관련된 직업을 갖으려고 하는
학생에게 도움을 주고 있다.
하늘을 나는 비행기와 우주선, 로켓에 대한 기본상식과
깊이있는 정보 그리고 미래에 어떠한 비행기가 우리에게
다가올 것인지에 대해 설명해주어 4차산업혁명시대를
살아가야 할 아이들에게 비행기의 과학에 대한 큰 영향을 주고 있다.