테마승강기. 승강기와 우주시대의 꿈

승강기는 통상 건물 내 교통수단(Traffic System in Building)으로 다루어져 왔으며, 다소의 예외는 있으나 큰 변화는 없었다. 그러나 로켓추진체에 의지하여 우주를 탐험하던 인류는 ‘우주정거장까지 엘리베이터를 타고 가면 어떨까’라는 꿈을 꾸기 시작했다. 정말 꿈같은 일이 아닐 수 없다. 우주엘리베이터에 대한 꿈, 어디까지 왔을까?
글 고영준(한국승강기대학교 교수)

각국의 우주엘리베이터
우주엘리베이터를 상상하는 곳 중 하나는 우주 개발을 가장 선도적으로 한다고 볼 수 있는 미국의 나사(NASA)이다. 나사는 우주를 여행하는 꿈과 자원의 개발 등 다양한 이유로 우주를 탐험하고 있는데 보다 편리하고 쉬운 방식의 하나로 우주엘리베이터의 원리를 생각했다.
그들이 설계한 우주엘리베이터의 대략은 이렇다. 바람 등 외부로부터의 영향이 가장 적을 것으로 생각되는 지구의 적도 부근에 엘리베이터 승강장을 짓고 지상 위로 3만600㎞ 떨어진 정지궤도에 우주정거장을 만들어 수직으로 탄소나노튜브와 같은 실현 가능한 물질로 지상과 서로 연결하고 이를 통해 엘리베이터를 동작시킨다는 구상이다. 시사사전에 의하면 30명이 탑승할 수 있는 엘리베이터가 시속 200㎞의 속도로 운행하며 일주일동안 운행되어 우주정거장에 도착한다는 보다 구체적인 이야기도 나오고 있다.
일본의 건설업체인 오바야시구미는2050년까지 우주엘리베이터를 만들겠다고 발표했다. 지금까지의 기술은 탄소나노튜브가 연결체의 대안이라면 탄소나노튜브를 굵게 가공하는 기술, 50GPa 이상의 인장강도, 대기권 상층부에서의 산화방지, 우주 방사선으로부터의 보호책 등 해결해야 할 과제들이 남아 있다.
실제로 탄소나노튜브는 육각형의 고리로 이어진 탄소입자들이 긴 막대모양을 이루는 크기가 직경 1나노미터인 미세한 소재다. 전기와 열전도율이 좋고 강도는 철강의 100배에 달한다. 인류는 그동안 다양한 소재 개발을 통해 보다 강하면서 가벼운 물질을 만들어 여러 분야에 응용해 오고 있는데 그 중 이 탄소나노튜브의 등장이 엘리베이터를 타고 우주로 가고픈 인류의 상상에 실현 가능성을 조금 보탰다고 할 수 있겠다.

더욱 확장될 승강기의 역할과 범위
미국에 미항공우주국(NASA)이 있다면, 우리나라에는 한국항공우주연구원(Korea Aerospace Research Institute, KARI)이 있다. KARI의 보고서에 의하면 NASA가 국제우주정거장인 ISS를 교두보로 달 궤도에 우주정거장을 설립할 계획이라고 밝혔다. 이 우주정거장은 달 궤도 플랫폼 게이트웨이로 다양한 연구와 상업적활동을 할 것으로 기대하고 있다. 게이트웨이는 2022년 완공을 목표로 하고 있으며 소형 우주정거장인 비행 플랫폼으로 건설될 예정이다.
ISS의 전초기지 역할은 다양한 활동을 할 수 있도록 가능성을 열어 주었고, 필자의 상상력을 보태 우주엘리베이터의 개발이 성공되면 지구에서 ISS까지 ISS에서 게이트웨이까지 가는 멋진 승강기 환승 체계를 구축해보면 어떨까 하는 생각이다. 물론 달은 지구로부터 30만㎞ 이상 떨어져있으니 쉬운 일은 아니지만 현재 엘리베이터의 발전 흐름은 더 높이, 더 빨리 그리고 스마트하게 발전해오고 있으므로 미래는 속단할 수 없다. 최근에는 자기부상을 통한 서스펜션의 혁명이 시도되고 있고 또한 와이어로프를 대체할 플랫벨트 이외의 복합소재 로프도 개발 추진 중이다.
탄소나노튜브가 가지고 있는 전기전도율이 좋은 점도 다양한 기술을 접목할 좋은 특성이기도 하다. 처음 우주엘리베이터의 기사와 제작메커니즘이 회자되었을 때 탄소나노튜브 전문가들에게 필자가 개인적으로 물어본 적이 있다. 대부분의 사람들은 그저 흥밋거리 이외의 반응은 보이지 않았고 탄소나노튜브 전문가 중 한 사람은 무척 회의적인 반응이기도 했다. 탄소나노튜브가 아무리 가벼워도 3만㎞ 이상을 연장하는 경우에 자체의 무게도 상당하다는 얘기를 하고 있었다. 그러나 개인적 견해지만 이러한 부분은 극복될 수 있을 것으로 기대한다. 현재 우리는 건물 내 수직교통수단(Vertical Transportation)에 수평이동 기술을 탑재하여 건물 내를 수직·수평으로 일주하는 꿈을 꾸고 있다. 나아가 건물 내부와 외부의 환승 체계의 출현을 기대해 볼 수 있을 것으로 생각된다. 승강기의 역할은 건물 내의 교통흐름을 원활하게 하는 중요한 기계장치의 역할을 넘어 우주로 향하고 있다.

우주엘리베이터 구현, 이론상 가능한 일
2010년에 한국승강기안전공단(당시 한국승강기안전관리원)은 「희망미래 승강기 100년」이라는 한국승강기 100년사를 수록한 책을 발간한 적이 있다. 근대적 엘리베이터를 설치하기 시작한지 100년 만에 우리나라는 ‘승강기 신규 설치 세계 3위’에 당당히 올라섰고, 초고속엘리베이터 경쟁에서도 결코 뒤지지 않으며 에너지 축적형 엘리베이터, 복합소재 와이어로프 개발, 자기부상엘리베이터 개발, 스마트 운전제어시스템의 발전, 예지보전기술의 확대 등 새로운 100년을 준비하고 있다.
다시 세계무대로 돌아가 승강기의 역사를 보면 1853년 미국의 오티스가 추락방지장치의 안전성을 검증한 이후로 근대화가 시작되었고 그로부터 166년이 흐른 지금 우리는 우주를 꿈꾸고 있다. 고대의 활차 개발로부터 시작된 승강기는 달 착륙 50주년을 맞고 있는 지금 새로운 도약을 꿈꾸고 있다. 앞으로의 기술 발전은 지금보다 급격히 이루어질 것으로 예상된다. 소재의 개발, 운행 메커니즘 신개발, 지구와 우주정거장 간에 발생될 수 있는 외부효과에 대한 적절한 해석이 수반된다면 우리는 로켓추진체보다 안전하고 훨씬 저렴한 비용으로 우주를 보게 될 것이다.
정지궤도의 위성과 우주정거장은 지구와 같은 주기로 회전하기 때문에 우주정거장과 지상에 구축한 우주엘리베이터 승강장과 연결한 케이블이 항상 직선을 유지할 수 있어서 우주엘리베이터의 구현은 이론상 가능하다는 평가다. 무엇보다 중요한 안전성 확보와 경험해보지 못한 돌발 변수 해석 등을 위해 우리는 많은 실패를 경험할 것이다. 그러나 인류는 이론상 가능한 것들을 원한다면 이뤄내지 못한 적은 거의 없다.
이런 관점에서 우주엘리베이터의 전망은 희망적이다. 글로벌에서 강대국으로 자리하고 있는 미국의 나사와 일본 기업이 자웅을 겨루고 있고, 우주 개발의 노하우가 많은 러시아도 관심을 가질 수 있다. 이제 새로운 50년을 써가고 있는 인류의 꿈이 이루어지길 바란다.
아울러 우리도 우주엘리베이터 개발에 소외되지 않고 멋진 꿈을 함께 꾸길 기대해본다.