자연을 모방한 비행체와 우주 기술
(사진=임성희 기자/합성출처=프리픽)
미세한 흔들림도 잡아낼 수 있도록
UAM 등 미래 모빌리티에도 이바지 하고파
비행기를 탔는데 갑자기 비행기가 격하게 흔들린다. 승객들은 두렵지만, 기장은 흔히 있는 일이라는 듯, 안내멘트를 읊조린다. 대충 기류의 변화로 기체가 흔들렸으니 걱정하지 말라는 내용이다. 승객들은 가슴을 쓸어내리며 자연현상인가보다 하지만, 전문가들은 이런 현상이 일어날 수 있었던 역학적 원인을 연구한다. 그래야 비행의 안정성과 안전성을 확보하고 운용의 효율도 높일 수 있기 때문이다.
지구 상공 항공 기술에서 우주 기술까지
전북대 조해성 교수가 연구하는 ‘공탄성’은 공력탄성학(空力彈性學, aeroelasticity)의 줄임말로 공기의 힘과 이로 인해 생기는 구조의 진동과의 상호관계를 공기력과 탄성력, 관성력을 동시에 이용하여 다루는 항공학의 한 분야이다. 항공기는 고정익과 헬리콥터로 대표되는 회전익으로 나뉘는데, 최근에는 회전익과 유사하게 수직이착륙이 가능한 생체모방 소형 비행체에 관한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 곤충 날개는 근육으로부터 힘을 내서 회전운동을 하고 굉장히 얇은데도, 주변 공기의 흐름을 잘 이용해서 비행 성능을 극대화한다. “저는 고정익, 회전익 항공기에서 구조 진동과 자연을 모방한 생체모방 비행체에 관한 연구를 수행하고 있습니다”라며 그는 “컴퓨터 시뮬레이션 기술이 많이 고도화됐지만, 여전히 복잡합니다. 효율적으로 문제를 풀기 위해, 빅데이터를 활용한 AI 알고리즘 연구를 계속해왔고, 컴퓨터 설계와 성능검증까지 진행하고 있습니다”라고 설명했다. 연구그룹은 올해 4월에는 한국연구재단 스페이스챌린지 사업 연구과제를 수주해 ‘생체모방 우주 그물을 이용한 우주쓰레기 능동 제거 통합 기술 개발’ 총괄 책임을 맡고 있다. “그전까지는 항공기나 무인기 분야의 응용연구를 많이 수행했는데, 처음으로 우주 분야 연구를 수행하는 거고, 사업 규모도 커서 책임감이 큽니다. 지구 주변 궤도에 존재하는 우주 쓰레기를 제거하는 ‘ADR(Active Debris Removal)’ 메커니즘을 설계하는 건데요, 다른 학교, 기업과 같이 진행하고 있습니다. 이 과제는 설계뿐만 아니라 성능 테스트를 위해 메커니즘의 실물을 제작하여 성능시험을 진행할 예정입니다. 유럽이나 선진기관에서는 실제 우주 환경에서 테스트할 정도로 높은 기술력을 갖추고 있어, 우리나라도 앞으로 할 연구가 많은 분야라고 생각합니다”
“고성능 컴퓨터 시뮬레이션을 이용한 항공우주공학 연구”
기자도 옛날 사람인가 보다. 항공우주공학 실험실이라고 해서, 비행기 모형이나 엔진 모형을 만드는 줄 알았다. 그런데, 조해성 교수 ‘전산 공탄성 및 구조연구실’에는 오로지 컴퓨터만 있었다. 연구원들이 컴퓨터 앞에 앉아 있는 모습이 다였다. 여기에 나의 어리석은 멘트가 이어진다. “실험실이 하나 더 있는 거죠?” 조해성 교수는 “이곳이 바로 실험실입니다” 그와 인터뷰를 마치고도, 기자는 여전히 고루한 생각을 벗지 못했다. 그렇다. 조해성 교수는 고성능 컴퓨터를 활용해 공력탄성학과 구조 동역학을 연구한다. 그는 컴퓨터 시뮬레이션을 활용한 항공기 설계에서 주목받는 신진연구자다. 2020년 한국연구재단 신진연구지원사업인 ‘유연 다물체 구조물 설계를 위한 데이터 기반 다중물리 시뮬레이션 프레임워크 개발’ 과제에 선정됐고 최초혁신실험실에도 선정돼 고성능 워크스테이션, 진동 시험기 및 최신 3D 프린터 등 컴퓨터 시뮬레이션 연구를 심화할 수 있는 연구 장비도 구축했다.
“항공우주 분야 구조 동역학, 공력탄성학에 전문성 갖춘 연구그룹 될 것”
항공우주 분야에는 내로라하는 연구자들이 있다며 신진연구자로서 더 많이 배우고 노력하고 싶다고 겸손한 마음을 전한 조해성 교수는 그래도 독립연구자로서 인공지능 융합기술, 회전익 구조 동역학, 공력탄성학에 전문성을 갖춘 그만의 연구 색깔을 갖고 싶다고 밝혔다. “우리 학과로 오는 학생들은 대부분 목적의식이 뚜렷해서 동기부여가 잘됩니다. 그러다 보니 스스로 열심히 하고 있어요. 덕분에 학술대회나 경진대회에서 좋은 성과를 거두고 있습니다. 저는 열심히 하는 학생들을 충분히 지원해주려고 노력하고 있습니다” 만 30세에 교수임용으로 세간의 주목을 받기도 했지만, 그는 젊기에 학생들과 같이 공부할 게 더 많다며 “같이 배우고 성장할 수 있는 연구자, 교육자 되는 게 꿈”이라고 밝혔다. 덧붙여 “20대라는 인생에서 가장 청춘 시기를 연구에 투자하며 나와 같은 길을 걸어가고 있는 학생들에게 감사합니다”라고 말했다. 조해성 교수도 20대 청춘을 연구에 투자했고, 현재는 교수가 돼서 또 다른 30대의 청춘을 우리나라 항공우주 분야 발전을 위해 투자하고 있다. 20대보다 더 성숙하고 임팩트가 클 그의 30대의 연구를 응원한다.
[이슈메이커=임성희 기자]
