비행기 구조 교과서

비행기 구조 교과서 - 에어버스.보잉 탑승자를 위한 항공기 구조와 작동 원리의 비밀 ㅣ 지적생활자를 위한 교과서 시리즈 10
나카무라 간지 지음, 전종훈 옮김, 김영남 감수 / 보누스 / 2017년 3월

어렸을 때부터 누구에게건 "하늘을 나는 것"은 가장 소박하고 아름다운 꿈 중의 하나였습니다. 용감하고 잘생긴 조종사들이 주인공들으로 등장하는 드라마라도 방영되면 커서 파일럿이 되겠다는 아이들이 학급에서 절반이 넘곤 했죠. 실제로 초고도, 초음속 비행이라는 격무를 수행하고, 언제 돌발할 지 모르는 비상사태에 기민히, 단호히 대응해야 하는 조종사라는 직업은 결코 낭만적으로 볼 일이 아닌데도 말입니다.

우리는 고도로 발달된 문명의 이기를 누리며 일상을 사는 축복받는 인류에 속합니다. 하지만 수천 km 떨어진 다른 대륙에 몇 시간 만 들여 날아가는 "비행 교통"이 어떤 원리로 가능한지 설명해 보라고 하면 아무도 쉽게 입을 못 뗄 것 같습니다. 대형 여객기의 경우 동체가 얼마나 큰 기기입니까. 그런 무거운 물체가 빠른 속도로 창공을 날아 목적기까지 수많은 승객을 실어다 주고, 운항 시간 동안 기내에서는 영화 감상이나 맛있는 식사 등 쾌적한 문화체험까지 즐깁니다. 이런 기적 같은 혜택을 우리는 중력만큼이나 당연한 세상의 원리처럼 아무 의문 없이 누립니다. 비행기의 활강이야말로 중력의 가혹한 섭리를 정면으로 거스르는 가장 놀라운 인간의 성취인데도 말입니다.

많은 현대 문명의 이기들은, 대개 뚜렷한 과학(기초과학, 자연과학)상의 원리 몇(하나 혹은 두엇)의 발견, 확립만으로 성큼 우리 곁에 다가온 것들이 많습니다. 핵분열의 관측과 상대성이론을 기반으로 하여 만들어진 초기 핵무기만 해도 그저 자연과학상의 성과에만 바로 기댄 부분이 그처럼 컸지만, 비행기의 구조와 운행 원리는 그렇지가 않았습니다. 이미 레오나르도 다빈치가 그 먼 과거에 상당 부분 이론적 탐구를 해 냈습니다만 실용화에까지는 터무니없이 못 미치는 수준이었죠. 라이트 형제가수없이 많은 시행착오를 거쳐 가동 가능한 기기의 실물 설계와 비행에 성공했을 뿐, 어떤 방정식이나 실험실 속의 간명한 법칙과 도그마 몇으로 "짠!"하고 실체를 갖춘 게 아니었습니다. 엔지니어들이 자연과학자들에 대해 "당신들이 함부로 넘볼 수 없는 우리들만의 직역"이라며 자랑스러운 예증으로 써 먹는 게 이 비행기 발명, 개발의 역사이기도 하죠.

이런 분야는 그만큼, 교과서에서 잘 다듬어진, 직관적 설명 몇 마디로 "이래서 비행기가 하늘을 나는 거야."라며 손쉽게 가르치기, 혹은 독자가 이해하기가 어렵습니다. 비행기의 구조와 운항은 그만큼, 현장의 엔지니어들이 "비행"이라는 구체적 목표에만 전력을 기울여, 어느 정도는 행운의 덕도 따랐기에 발견, 정립할 수 있었던 매우 복잡한 원리에 바탕을 둡니다. 이런 비행기의 구조를, 우리 같은 일반인들이 대중서 몇 권 읽고 머리에 쏙 정리해 넣어두기란 무척 어렵습니다. 관련 분야에 종사하는 전문가, 기술자들도 방대한 구조를 조감하기보다 자기 전공만 파악하는 게 보통이죠. 그래서, 나무는 물론이고 숲도 볼 줄 아는 이런 도사님이, 알기 쉽게 그림과 다양한 예까지 결들여 지은 책을 접한 우리 같은 독자는 운이 좋다고 하겠습니다. 너무나도 어려운 과제를 재미까지 붙여 가며 "아 그런 거였어?" 같은 깨달음의 쾌감까지 느끼게 돕는 멋진 책입니다.

물체는 웬만해서 허공에 뜰 수 없습니다. 중력의 지배를 받기 때문이죠. 중력으로부터 자유롭다면 그건 이미 물리계에 속한 존재가 아닌 어떤 신령스러운 초월자나 마찬가지입니다. 그럼 어떻게 그 무거운 비행기, 웬만한 집채보다 무거울 그 기기가 하늘에 떠서, 그것도 자기 의사와 목적대로 운신을 자유로이 하며, 목적지에 사뿐히 내려앉을 수 있는가. 사실 웬만한 교양서나 인터넷 정보(권위 있는 기관에서 운영하는)를 봐도, 그리 명쾌히 이해가 안 되는 게 보통입니다. 이 책은 일단 서두에서 "어떻게 날 수 있나?'에 대한 물리학적 원리(들)를 가르친 후, 이후 전개되는 다른 구조 설명(이나 토막상식, 재미있는 이야깃거리 등)을 통해 응용 복습을 시켜 줍니다. 저는 이 책에서 특히 이 점이 좋았습니다.

학생들을 위한 참고서라고 해도, 앞에서 배운 원리나 정석이 뒤로 가면 다른 토픽에 묻혀 흐지부지되는 수가 많죠. 이 책은 앞에서 언급한 원리, 설명이 뒤로 가도 거듭 적용, 심화, 환기된다는 점이 가장 돋보입니다. 독자는 앞에서 공부한 내용을 쉽게 잊지 않게 되고, 한 가지 원리가 스토리처럼 여러 상황에 녹아들어가는 모습을 보며 비행기 같은 복잡한 기기의 구조를 친근히 기억, 이해할 수 있습니다. 비행기가 얼마나 복잡한 자연과학, 공학적 원리의 얽힘과 응용과 융합에 기대는 구조인지를 생각하면 이처럼 책이 잘 읽힌다는 게 거의 놀라울 정도지요.

설명도 교과서적으로 단조롭거나 기술적으로 복잡하지 않고, "이건 한마디로 뭐다!"처럼 명쾌합니다. 예를 들어 부력은 그냥 떠오르는(나를 환경이 떠오르게 하는) 힘이고, 양력은 내가 애를 써서 내가 떠오르는 힘이라는 식입니다. 유체 속에서 둘 다 물체를 떠올리는 이유라는 점에서 헷갈리기 쉬운데(다 물리학 고교 1학년 수준에서 배웁니다만, 둘이 뭐가 다르냐고 애들이 물으면 과연 명쾌하게 구별해 줄 자신 있으신가요?), 저자는 "당신들이 헷갈려할 만하고, 그래서 처음부터 분명히 구별시켜 줄 테니 개념부터 잡고 시작하라"는 듯 전략적 티칭을 시도합니다. 가려운 걸 긁어주는 코칭이란 바로 이런 걸 두고 이름이죠.

우리가 중고교 교과서에서 배운 불변의 원리도 상기시켜 주며 "학창 시절에 배운 당신의 소양과 지식은 결코 헛되이 쓰이지 않는다. 이처럼이나 절실한 현실과 요긴하게 직결된다"라고나 하듯, 그저 쉽고 캐주얼하게 풀지만은 않고, 이처럼 정석과 기본에 충실한 게 또 장점이고 신뢰를 부릅니다. 가장 근본 핵심은 (우리가 로켓의 원리라며 배우기도 한) 작용반작용의 법칙이죠. 이 토픽에서 자연스럽게 항력 계수 이야기가 나오고, 양항비 토픽으로도 무난하게 넘어갑니다. 제가 개인적으로 항공대 출신 친구하고 대화하다 그가 공부하던 교과서를 흘깃 볼 일이 있었는데, 전공서적에서 구경한 항력 계수 설명은 굉장히 쌀쌀맞고 드라이합니다. 쉬운 내용도 지레 정나미가 떨어져서 멀리할 지경이죠.

이 책은 같은 내용을 설명해도 뭔가 직관적으로 턱 감이 오게 풀어 주는 게 제일 맘에 듭니다. 예컨대 "양력은 비행기의 무게와 같고(정확히 말하면 "비례하고"), 추력은 항력과 같으므로, 결국 양항비는 무게와 추력의 비율이다." 란 서술이 있는데요. 이렇게만 떼어서 인용하면 뭐 무슨 소린지 모르는 게 당연하지만, 책 앞에서부터 레고 조립하듯 하나하나 기초부터 설명을 해 주기 때문에, 책의 호흡에만 충실하면 "아 그렇게 받아들이면 되겠다" 같은 안심이 확실히 따라오는 공부고 독서입니다(추력, 항력은 알기 쉽게 다 설명이 베풀어지고요).

교과서 전공 서적 읽으면서 제일 짜증나는 게, 책 뒤의 내용(용어, 개념)이 뜬금없이 나온다든가(그래서 읽지도 않은 뒤를 또 참고해야 함), 항목이 유기적으로 연결이 안 되고 단어사전처럼 동떨어진 설명 방식이 보통이어서 읽어도 머리에 잘 남지를 않는다는 거였습니다. 이 책은 저자가 선행 원리를 뒷부분까지 밀접히 한 꿰미에 연결을 시켜 나가는 내러티브라서, 최소한 책만 성실히 따라간 독자라면 이해를 못 할 내용은 거의 없습니다. 물론 비행기 구조란 게 무슨 장난도 아니고 당장 정비업무나 조종사 역할에 투입될 만큼 심화된 내용은 아닙니다. 요즘 "교양의 궁극은 과학"이란 말이 유행하듯, 이 책은 "비행기가 어떻게 뜨고 날며, 그 속이 어떻게 생겨먹었나?" 같은 상식선의 의문을 해결하기에 딱 알맞은 난이도와 구성입니다. 그 이상의 지식은 생업이 그쪽이 아닌 이상 알 필요는 없겠으며, 중등 교육 과정에서 자연과학 이수단위만 충실히 마친 분이라면 (드라마의 후편처럼) 더 알아야 할 결말을 좇는 기분으로 즐겁게 이해할 만한 내용이 담겼습니다.

엔진이 내는 힘은 과연 얼마 정도인가, 또 이 문제를 설명하면서 "순 추력"과 "총 추력"의 개념 차이까지 자세히 알려 줍니다. 물론 추력이라는 비행체(정확하게는 유체) 고유의 개념이 핵심이므로, 이 지식을 자동차 엔진에까지 유추 확장하는 건 좀 무리지만, 여튼 사이드로 자동차 엔진의 속성에 대해서도 다시 생각해 보게 되었습니다(상식이 는다고 할까요). 우리가 또 아주 소박하게, 헬기(프로펠러 동력 비행체)와 비행기의 장단점과 고유 영역은 어디서 극명히 갈리는지도, 그냥 남자들끼리 아는척하면서 단편 상식으로 떠드는 범위를 넘어, 체계적이고 원리적인(또 망라적인) 설명이 나와서 좋았습니다. 이로써, 어느 속도 이하/초과부터 헬기와 비행기가 선호되어야 하는지 결론도 명쾌해지고 말이죠.

예전에 어느 혁신가가 세그웨이라는 "탈것"을 개발하여, 자동차나 스쿠터의 장점만 가진 채 출퇴근 수단의 대안으로 만들겠다고 한 적 있습니다. 물론 우리가 다 알듯 실패로 끝났지만, 그 핵심을 이루는 자이로스코프 원리는 여전히 많은 매니아들의 관심사이며 또한 엔지니어들의 영원한 화두죠. 이 책은 특히 비행기 계기판 구조 설명에서 이 자이로스코프가 어떻게 기능하는지 가르쳐 주는데, 자이로스코프 원리 일반에 대해 아주 생생한 응용사례라서 기존의 지식을 늘리는 데도 도움이 되었습니다. 올바른 책은 개별 제품 설명서에 그치는 게 아니라, 이처럼 다른 영역의 이해와 학습에까지 많은 도움을 준다는 점, 나아가 삶의 지혜, 세상을 보는 눈 자체를 확장시킨다는 점도 다시 깨닫게 되었네요.