차세대 우주 비행의 소용돌이 발생장치| 요한 켈리 스타이너TEDxYouth@MileHigh

이 강연은 TED 컨퍼런스와 별도로 개최된 지역 TEDx 행사에서 발표되었습니다

우리는 어떻게 저궤도 우주비행을 효과적으로 바꿀 수 있을까요? 이 놀라운 연설에서 9학년의 요한 켈리 스타이너가 소용돌이 발생장치가 어떻게 미래 우주선에 적용될 수 있을지 보여줍니다.

저는 6학년떄 부터 상대적으로 간단한
내용을 가지고 과학박람회를 위해서

연구를 시작 했습니다.

만약 내가 SS모델 로켓의 디자인을
다르게 바꾼다면

어느 디자인이 가장 높게 날 수 있을까?

제가 예상한 바로는

로켓에 아무 수정을 하지 않을때
가장 멀리 날아갑니다.

하지만 사실 이 가정은 한 가지
상황에서 옳지 않습니다.

표면에 툭 튀어나오게
테이프를 붙인 로켓이

결과적으로는 가장 높이 날았습니다.

제 예상엔 붙인 테이프가
항력을 더 하게 될 것이고

그로인해 로켓이 예상보다
높이 날지 않을 것이라 생각 했습니다

그래서 저는 왜 이런 현상이 벌어졌는지
연구를 해 보았습니다.

그리고 표면에 붙인 테이프가 소용돌이 발생장치
역활을 했을 거란 결론을 내렸습니다.

소용돌이 발생장치가 듣기엔 어려운 말 같지만
실제로 그렇진 않습니다.

이것은 단지 작은 날개깃 입니다.
예를들면

보편적으로 작은 비행기에서
항력을 줄이거나

저속구간에서 양력을 올려
실속속도를 줄이는 데 사용됩니다.

실속이란 비행기의 날개가

매우 높은 각도에서
공기 저항을 받게 되면

공기가 날개를 타고 넘어와
반대편에서 갈라지게 됩니다.

왼쪽에 그림과 같은 현상입니다.

그러면 날개는 더 이상 양력을 만들 수 없습니다.

하지만 소용돌이 발생장치가 있으면

공기가 날개를 타고 넘어와
들러 붙게 됩니다.

그러면 날개는 꾸준히 양력을 만들 수 있습니다.

7학년때는 혈액과 뼈가 제 주제 였습니다.

그 해에 영광스럽게도 애드리언 애덤스라는
맨토와 함께 일 했었습니다.

그는 화성 탐사선인 스피릿과
오퍼튜니티호를 위해 일 했습니다.

그는 여러분이 보시다시피 분명히
정말 똑똑한 사람입니다.

그리고 그는 여가 시간에 이러한
고도계를 만들었습니다.

모델 로켓에 쓰는 고도계로

고도와 속도를 측정해주는 장치 입니다.

저는 그가 제 집에 처음 방문 해서
이 고도계의 사용법을 설명해 준 날을

기억하고 있습니다.

우리는 주방 식탁에 앉아 있었고

그는 이 고도계의 사용법과
어떻게 컴퓨터에 나타나는지

그리고 이 모든 복잡한 공식들을
설명 해 주었습니다.

그리고 저는 무슨 소리인지
하나도 이해를 못 했습니다.

여러분도 그런 경험이 있을겁니다.

무슨 말을 하는지 전혀 모르겠어서
어떤 사람이 설명을 해주고 있는데

무슨 질문을 해야할지도
모르는 그런 상황이 있지 않습니까?

제가 그런 기분 이였습니다.

그가 떠난후에 어머니가
제가 말씀 하셨습니다.

"고도계에 대해서 뭐라고 하던?"

제가 말했죠, "저는 거의 말하는 내내 끄덕이고
웃고만 있었고

그냥 여기 저기서 들리는 말들을
받아 적기는 했는데요

그것 말고는 그가 무슨 말을 했는지
전혀 모르겠네요."

하지만 그의 우월한 지능에
저는 좌절 하지 않았습니다.

저는 적어놓은 몇가지 아이디어를 토대로

조사를 했습니다.

그리고 실제로 애드리언에게
질의응답을 주고 받았습니다.

그렇게 제 7학년 과학 박람회 주제를
생각해 내게 되었습니다.

그 계획은 24번의 로켓발사를 통해

소용돌이 발생장치가 항력을 줄인다는 것을
증명하는 것 이였습니다.

그 계획은 의도한대로 정확히 진행되진 않았습니다.

저는 한겨울에 사촌의 목장에서
발사를 진행했습니다.

무척 추웠습니다.

무었보다 바람이 너무 불었습니다.

그래서 발사한 로켓은 거의 목장 안으로는
착지하지 않았습니다.

로켓 발사를 하는 동안 정말 많이 뛰어다니고
울타리와 철조망을 넘어 다녔습니다.

제가 당시 했던 멋진 헤어스타일 좀 보세요.

(웃음)

뛰어다니면서 희생한 건 제 정신 뿐만 아니라
청바지도 희생했습니다.

발사에 이용된 로켓들도
대략 6번의 발사가 끝나면

수리를 해야만 했습니다.

그리고 바지는 다 찢어지고
발사한 로켓을 쫒아

테니스공을 쫒아가는 강아지 같이
뛰어다녔고

그러다 보니 제 신발엔 눈이 가득 찼습니다.

그래서 저는 제 차 안에서 정말
빠르고 간단하게 수리를 했습니다.

차 안에선 유황과 접착제 냄새가 가득했습니다.

그리고 나선 다시 발사대 까지 뛰어와서

고도계에서 얻은 데이타를 얼어 붙은 손으로
컴퓨터에 입력했습니다.

불행히도, 계획했던 24번이 아닌
43번이나 반복 했습니다.

왜냐하면 실험 도중에

데이타가 점점 부 정확 하다는 것을
알아차렸기 떄문입니다.

그래서 19번의 추가 발사를 통해
정확한 자료를 얻어야만 했습니다.

전혀 즐겁지 않았습니다.

실험 막바지에, 전 눈물이 났습니다
제 완충 고무줄은 망가졌고

고도계는 땅에 계속해서 곤두박칠 치고

전선들이 다 튀어나오고
춥고, 배도 고프고

시간도 늦었습니다.

그냥 포기하고 싶었습니다.

하지만 저는 발견의 영광을 위해
계속 테스트를 진행했습니다.

8학년때, 저에게 아주 환상적인 기회가
찾아왔습니다.

CU 댄버에 있는 풍동(風洞)에서

조 컬린 교수님의 조수로 일 할
기회가 생겼습니다

풍동에 대해서 정말 멋진 부분은

예전에 라이트 형제가

최초로 동력 비행기를 만들어서 풍동에서
그 디자인을 실험 했었고,

지금은 NASA에서 디자인을 시험할 때
풍동을 이용하고,

지금은 제가 제 디자인을 시험하려고
풍동을 이용 한다는 것 입니다.

제가 풍동에 처음 도착해 컬린 교수님을
만났을 때

저는 애드리언을 만났을 때와 같은
느낌을 받았습니다.

교수님은 그곳에 있는 모든 장비들과 제가 얻을 수
있는 데이타에 대해서 설명하셨고

그 모든 설명들이 저는 전혀
이해가 되지 않았습니다.

그 이야기는 마치 찰리 브라운의
[*찰리 브라운: 만화 Peanuts의 주인공]

선생님이 "이래서 그래서 저래서"라는 것
같았습니다.

하지만 결국 컬린 교수님이 원리애 대해서
자세히 설명 해 주셔서

결국엔 제가 풍동의 원리를 이해할 수
있었습니다.

풍동을 이용하는 것의 장점 중에 하나는
변수를 조절 할 수 있다는 것입니다.

예를 들면 바람이라던지 로켓의 기울기 말이지요.

제가 일년전에 로켓을 발사 할 때는 할 수
없었던 일입니다.

풍동에서의 실험은 아주 잘 진행이 되었지만

실험 도중에는 항상

모든것이 끽하는 소리를 내며 멈춰서는
때가 있습니다.

저에게는 작년에 실험한 데이타가 올해 얻은 데이타랑

상충하는 것을 발견했을 때 일어났습니다.

올해 데이타에는 소용돌이 발생장치가 풍동에서
모든 위치와 속도에서

항력을 높이는 것으로 나타났습니다.
제가 원한 결과는 아니였습니다.

1년 전에 나온 결과에는

소용돌이 발생 장치가 저속에서 지속적으로
항력을 낮추는 것으로 나타났습니다.

그래서 저는 왜 결과가 다르게 나오는지
찾아 내야 했습니다.

어디서 부터 잘못 된 것 일까요?

순간 제 미래가 제 눈 앞에 그려졌습니다.

그리고 저는 만약 제가 이 문제를
해결 하지 못하면

제 인생은 실패자로 끝나게 될 것이며

제 꿈인 항공 우주 공항자고 물 건나 간다고
생각 했습니다.

하지만 현실로 저는 돌아와서 컬린 교수님께
조언을 구했습니다.

무엇이 문제일까에 대해서 우리는

광범위한 브레인 스토밍을 했습니다.

그리고 생각해 낸 것이 우리가 풍동에서

정확하게 조절 하려던 것들이

바람이라던지 로켓의 기울기같은 것들이

소용돌이 발생장치가 항력을 줄이게

만들어 주는 것이 아닐까 라고 생각을 했습니다.

이 아이디어를 실험해 보기 위해서

풍동에 로켓을 기울여서
설치 했습니다.

보시는 바와 같이 말이죠.

이 실험은 성공적으로
소용돌이 발생장치가

로켓이 기울어 져 있을때 지속적으로
항력을 줄여준다는 것을 증명했습니다.

그래서 저는 여기서 이 메커니즘을 만들었습니다.

엄청 지저분한 작업장에 있는 제 사진입니다.

제가 만든 메커니즘은 소용돌이 발생장치가

항력을 줄일떄는 펼쳐지고
늘릴때는 들어가는 구조 입니다.

제가 이 무선 비행 조종 장치를 가지고

이 버튼을 누르면 신호가
서보 기구로 들어가고

보시면 아시겠지만 사실 굉장히 간단합니다.

그 서보로 간 신호가 이것을 누르게 됩니다.

시험 제작 원형이라 깨나
조잡합니다.

여기 끝에 소용돌이 발생장치를 달고 있습니다.

이것이 원뿔모양 안에서 누르게 되면

소용돌이 발생장치가 눌려서
원뿔 밖으로 나오게 되고

로켓 밖으로 나오게 됩니다.

과학 박람회 이후 3년간의 노력 끝에

저는 굉장한 기회를 얻게 되었습니다.

복잡한 신청 절차 후에

7,8,9학년들을 대상으로 하는
브로드컴 마스터스 대회에

참가하는 29명의 학생으로 뽑히게 되었습니다.

아주 훌륭했습니다.
저는 저와 같은 것을 좋아하는 아이들과

만나고 같이 연구 할 수 있었습니다.

저는 과학, 기술, 공학 그리고 수학을 좋아합니다.

(환호성)

우리는 대통령도 만났습니다.
정말 키가 크셨습니다.

우리는 우리 이름을 딴 소행성도 얻었습니다.

이것 또한 멋진 일이지요.

그리고 저는 지금 여기 TEDx에서
강연을 하고 있습니다.

이 모든것은 과학박람회와 한 생각으로
시작 되었습니다.

여기서 잠깐 미래를 예상해 봅시다.

제가 배운 것들이 미래에 어떻게
적용될 수 있을까요?

NASA와 다른 개인 기업들은 우주 비행 기술의

새로운 영역을 개척하고 있습니다.

탐험만을 목적으로 하는 것이 아니라
지구 주변을 비행하는 연구도 하고 있습니다.

상업적 우주 비행입니다.

소용돌이 발생장치는 로켓이 대기 중에 있을 때

항력을 줄이는 디자인으로 적용 될 수도 있습니다.

스페이스X는 항공 우주 산업 회사 입니다.

스페이스X에서 그래스호퍼라는 로켓을
개발 했습니다.

그래스 호퍼 로켓이 할 수 있는 일은 매우 멋집니다.

한 장소에서 발사를 한 후에 조종할 수도 있고,
맴돌게 할 수도 있습니다.

그리고 돌아와서 발사한 장소에 수직으로
착륙 할 수도 있습니다.

스페이스 셔틀과는 다른 부분입니다.
발사 한 후에 비행기 같이 창륙합니다.

콜로라도주는 지금 까지
항공 우주 산업에 큰 역활을 했고

앞으로도 그러 할 것입니다.

CU라는 전국적으로 인지도 있는 항공 우주
프로그램도 있습니다.

록히드 마틴은 미국의 우주 로켓 발사 업체입니다.

그리고 시에라 네바다 회사는 드림 체이서를
만들고 있습니다.

드림 체이서는 NASA의 차세대 우주선으로
각광받고 있습니다.

콜로라도주의 또 다른 멋진 점은

프런트 레인지 공항이 있다는 것 입니다.
그리고 가까운 미래에 우주 비행을 위한

프런트 레인지 우주 공항이 생길수도 있습니다.

상상해 보세요.
뉴욕에서 런던으로 가기위해

8시간 걸리는 비행기를 타는 대신에

로켓을 타고 지구 저 지구 궤도에서

시속 17,500마일의 속도로 한시간 반만에
도착할 수 있습니다.

아니면 소행성에 혹은 목성에 발을 딛는 첫번째

사람이라고 상상해 보시기 바랍니다.

여러분은 아이이기에 모두
우주 비행사라는 꿈을

가질 수 있다고 생각합니다.

하지만 이 꿈을 이루기 위해서는
불행히도 몇가지 문제점을

해결하지 않으면 안 됩니다.

첫번째는 비용입니다. 두번째는 연료와 추진력이고
세번째는 효율성 입니다.

연구진과 과학자들은 이런 문제점에 대해서
해결책을 찾고 있습니다.

하지만 아무도 생각해 내지 않는 생각을 하는

젋고 새로운 생각을 하는 마음가짐이 필요합니다.

이런 마음가짐을 갖는데 필요 한것은 아주 조금의
유도와 열정 그리고 동기 입니다.

주변에 주의를 기울이면 되는 것 입니다.

여러분의 상담자나 선생님에게 제가 했던 것 처럼
멘토가 되어 달라고 부탁하세요.

그러면 새로운 기회가 스스로 여러분에게
찾아 올 것입니다.

여러분의 주위를 경험해 보세요.

아직 주변엔 발견되지 않은 것들이
많이 있습니다.

여기 보시다 시피 우주는 어마어마 합니다.

그리고 계속 커지고 있습니다.

이것은 실제 사진입니다.

각각의 불빛은 은하계입니다.

그리고 각 은하계는 수백억개의 별로
이루어져 있습니다.

각 별에는 태양계를 가지고 있고
각 태양계는 행성을 가지고 있습니다.

그리고 우리는 한 태양계의 한 행성일 뿐입니다

이 사진은 우주가 얼마나 어마어마 한지를
말해주고 있습니다.

그리고 얼마나 더 탐험할 것이 남아 있는지를
말해줍니다.

그래서 탐험과 발견은 우리의 삶의 일부가
되어야 합니다.

여러분의 삶에 일부로 만드세요.

감사합니다.