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우주·항공

[우주 AtoZ] 지구 기차 철길 폭과 우주 로켓 폭은 같다?…이유는 '경로의존성'

말 두 마리의 엉덩이 사이즈 때문에 철도 폭 결정…철도폭 최초로 표준화 '영국'
표준궤 1435mm, 세계 철도 70% 사용…넓으면 '광궤', 좁으면 '협궤'
엄청난 크기 로켓, 발사대 있는 곳으로 이동하기 위해 철길 사용

 

[뉴스스페이스=이종화 기자] 퀴즈 하나. 미국은 운전석이 왼쪽에 있지만, 영국은 운전석이 오른쪽에 있는 이유는? 힌트는 말과 관련 있다. 

 

정답은 영국의 마차 운전수가 우측에 있었기 때문이다. 운전석이 왼쪽에 있으면 마차의 운전수가 채찍을 휘두를때 오른쪽에 앉은 손님이 맞게 된다. 채찍을 휘둘러도 손님이 맞지 않도록 하기위해 운전석을 우측에 두었던 것에서 유래한다. 그렇게 마차를 만들던 사람들이 자동차 회사도 만들고 하면서 오른쪽으로 운전석이 생겼다. 

 

반면 미국에서는 차량 개발이 빠르게 이뤄지며 자동차산업이 급성장하면서 오른손으로 기어를 조작하기 편리하도록 왼쪽에 운전석이 있었다.

 

퀴즈 둘. 기차가 다니는 철길의 폭이 현재의 사이즈로 정해진 이유는? 힌트는 말과 관련 있다.

 

정답은 기차가 생기기 전에는 말 두 마리가 끄는 마차가 철길을 달렸다. 그것을 계기로 말 두 마리의 엉덩이 사이즈 때문에 철도의 폭이 결정됐다. 이 철도폭을 최초로 표준화한 나라는 영국이다. 1825년 최초로 철도를 운행한 나라가 영국인 만큼 표준궤의 역사가 가장 오래된 셈이다.

 

 

우리나라 철도 철로폭은 국제규격으로 알려진 표준궤인 1435mm다. 표준궤는 전 세계 철도 70%가 사용한다. 표준궤 1435mm보다 넓으면 '광궤', 좁으면 '협궤'라 부른다. 우리나라는 1896년(고종33) 미국인 모스(Morse, J. R.)가 부설권을 얻어 1897년 3월 22일 기공식을 해 1899년 노량진~인천간 최초로 개통​했다.

 

우리보다 먼저 철도를 놓은 일본은 협궤식이지만, 우리나라가 국제 표준궤도인 표준궤로 된 이유는 처음 철도 부설권이 미국인 모스(Morse, J. R.)에게 줬기 때문이다.

레일간의 폭은 지형, 경제성, 문화, 역사적 배경, 수송량등의 여러요인으로 선택되지만 1800년 후반 식민지 지배때 제국주의자들의 기호에 맞추어 철도가 부설된 곳이 대부분이다. 영국 등 서유럽과 미국 등 북미지역, 그리고 한국, 중국의 아시아 국가들 등 대부분이 표준궤를 사용한다. 

 

반면 일본은 협궤를 사용했지만, 신간선부터는 표준궤를 선택했다. 광궤를 선택한 나라는 러시아, 스페인, 방글라데시, 스리랑카, 파키스탄, 인도, 아르헨티나, 칠레 등이다. 러시아가 광궤를 사용하게 된 배경은 역사적인 전쟁과 관련있다.

 

프랑스 나폴레옹 침략을 받아 고전을 하던 러시아가 철도까지 표준궤를 사용하면 프랑스에서 철도를 통해 대량의 무기와 병력을 수송하여 침락해 오지 않을까 하는 걱정으로 1524mm의 광궤를 선택했다. 프랑스와 인접한 스페인 역시 프랑스의 침략을 방지하기 위해 1688mm의 광궤를 선택했다.

 

 

퀴즈 셋. 우주로켓의 폭이 기차 철길의 폭과 같은 이유는? 

 

위에서 기차길의 폭이 정해진 이유가 말 두 마리 엉덩이의 폭이고 나중에 자동차와 로켓의 폭을 결정하게 된다. 

철도는 대량으로 물자를 운송하고 병력을 이동할 수 있는 장점이 있다. 역사적으로도 전쟁 중 물자를 수송하기 위해 철도를 놓고, 파괴하는 도구로 사용했다.

 

엄청난 크기의 로켓을 로켓 공장과 발사대가 떨어져 있는 곳으로 옮기려면 철길보다 크게 만들 수는 없었던 것이다. 이전 교통수단인 마차가 철길의 폭을 결정하고, 그 철길이 결국 로켓의 폭을 결정했다는 것이다. 

 

이것은 우주정거장을 만드는 데까지 영향을 미치게 된다. 일종의 ‘경로의존성’이다. 한 번 경로가 정해지면 나중에 그 경로가 비효율적이라는 사실을 알면서도 관성과 경로의 기득권 때문에 경로를 바꾸기 어렵거나 아예 불가능해지는 현상을 ‘경로의존(path dependency) 법칙’이라고 한다. 스탠퍼드 대학의 폴 데이비드(Paul David)와 산타페연구소의 브라이언 아서(Brian Arthur)가 처음 제기한 용어다.

 

결국 우주왕복선의 로켓 부스터에 영향을 미치게 된다. NASA는 '솔리드 로켓 부스터'(SOLID ROCKET BOOSTER, SRB)를 크게 만들려고 했으나, 제작 공장이 있는 유타주에서 '케네디 우주센터'까지 부스터를 운반하기 위해 철도를 이용해 운반하는데 결국 철도의 폭과 동일한 1435mm로 제작했다.

 

로켓의 크기를 제한하는 것은 탑재체의 부피와 질량이다. 이때부터 제곱-세제곱 법칙이 의미를 갖는데, 부피는 세제곱으로, 표면적은 제곱으로 변한다. 크기가 큰 우주선의 또 다른 단점은 우주선의 단면적이 커진다는 점이다.

 

대형 우주선은 가속력이 문제가 될 수 있다. 우주선에 추력기를 부착하는 것은 표면적에 따라 달라지고, 우주선의 질량은 부피에 따라 달라진다. 따라서 우주선이 커질수록 가속도는 낮아진다.

 

말 두마리의 엉덩이가 결국 현재 최첨단 기술의 결정체인 우주왕복선에 영향을 미치게 된 셈이다.

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