최장시간 호버링 기록
● 마틴 에어크래프트 컴퍼니의 마틴 제트팩
마틴 제트팩은 뉴질랜드의 발명가 글렌 마틴(48)이 만든 것으로 지난 7월 실험항공기협회가 개최한 에어벤처 쇼에서 처음 선을 보였다. 이 때 마틴 제트팩은 46초간 제자리 비행을 했는데, 이는 종전보다 13초가 더 긴 최장시간 호버링 기록이다.
당시 마틴 제트팩은 그의 아들인 16살의 해리슨 마틴이 조종했다. 조종사가 조이스틱 형태의 조종간을 사용해 방향타를 조절하면 지면으로 분출되는 공기의 흐름이 바뀌면서 방향 전환이 이루어진다. 추력을 발생시키는 2개의 팬은 조종사의 등 쪽 좌우에 배치된 고정식 덕트 속에 내장돼 있다.
10만 달러 martinjetpack.com
1. 받침대
2. 공기
3. 팬
(사진설명) 덕트 팬 구조의 핵심은 팬을 지지하는 받침대가 들어온 공기를 직진시켜 좌우의 균형을 잡아주는데 있다.
글렌 마틴은 고작 3살 때 어머니의 고장 난 진공청소기를 수리해 전원에 연결, 사용했다. 물론 이웃집의 퓨즈를 끊어먹기는 했지만.
5살 때는 횡단보도에서 신호를 기다리다가 길 건너편으로 날아갈 수 있으면 좋겠다는 생각을 했다. 그리고 2년 후에는 직접 만든 행글라이더를 타고 지붕에서 뛰어내리려다 부모님에게 제지당했다.
9살 때는 아버지와 함께 차고에서 차량 엔진을 정비했다. 이는 뉴질랜드 가정에서 흔히 볼 수 있는 광경이지만 마틴 집안은 뭔가 달랐다. 그는 “우리 집안은 필요한 게 있으면 고쳐 쓰던가 아니면 직접 만드는 분위기였다”고 회상했다.
어느 정도냐 하면 그의 아버지는 집을 지을 때 필요한 모든 벽돌을 손수 구웠다. 그런 만큼 마틴이 21살 때 제트팩(Jetpack)을 직접 만들겠다는 결심을 한 것도 무리는 아니었다. 그 때의 꿈을 이루는데 27년이 걸렸다. 지난 7월 실험항공기협회가 위스콘신 주 오시코시에서 개최한 에어벤처 쇼에서 마틴 제트팩은 90cm 상공을 46초 동안 제자리 비행했다. 기존의 제트팩보다 무려 13초나 긴 기록이었다.
“불가능하다고 답이 나왔다면 진작 그만뒀을 것입니다.”
마틴 제트팩의 높이는 150cm며, 너비는 165cm, 그리고 중량은 113kg이다. 특별 제작한 실린더 4개짜리 엔진이 쓰레기통 두 개만한 덕트 안에 들어있는 팬을 돌린다.
마틴 제트팩의 모양은 007 제임스 본드가 타고 다니는 로켓 벨트보다는 1인용 여객기와 더 유사하다. 마틴은 내년이 되면 이것을 타고 수백m 상공을 한 번에 30분가량 날 수 있다고 말한다. 이 제트팩은 하늘에서 타는 제트스키가 될 것이다.
마틴은 이 같은 얘기가 허황되게 들릴 수도 있다는 것을 인정한다. 하지만 그는 어디까지나 실험결과에 입각해 완벽히 실현 가능한 것을 말하고 있는 것이다.
그는 “계산을 해 본 결과 불가능하다고 답이 나왔다면 진작 그만뒀을 것”이라면서 “하지만 기술적 문제에 부딪칠 때마다 해결책을 발견해 냈다”고 말했다. 그는 이어 자신은 한 번도 이 일이 불가능하다고 생각해 본 적이 없다고 덧붙였다.
■ 제트엔진의 배제
마틴이 지난 1981년 이 프로젝트를 시작할 때 그는 오타고 대학에서 생화학과 생리학을 전공하고 있었다. 하지만 공기역학도 배우지 말란 법은 없다는 생각이 들었다.
그는 실험학을 배워야 발명의 방법, 즉 실험을 하기 전에 조심스럽고 조직적인 방식으로 연구하고 계획을 짜는 방법을 알 수 있다고 생각했다.
그 때문에 그는 기존의 실험결과에 대한 모든 자료를 읽은 후 제트팩 회사를 차렸다. 공구를 손에 쥐는 것은 그 다음 일로 미뤘다.
기존의 제트팩 중 가장 유명한 것은 벨사의 로켓 벨트. 지난 1960년대 미 육군을 위해 생산된 것이다. 이 제트팩은 한 사람을 공중으로 날릴 수 있었다. 하지만 이 제트팩에는 불과 20초 비행할 분량의 과산화수소 연료만 실을 수 있었다. 마틴은 이 제트팩을 개량해봤자 답이 안 나올 것 같았다.
사실 가장 좋은 로켓 벨트도 불과 33초를 비행할 뿐인 만큼 뾰족한 수가 있을 리 만무했다.
그는 공중에 오래 머물러 있기를 원했고, 하늘로 뛰어오르는 것이 아니라 서서히 비상하고 싶어 했다.
그래서 그는 여객기에 많이 쓰이는 터보팬 엔진을 연구했다. 터보팬 엔진은 대부분의 추력을 덕트 내에서 돌아가는 팬에서 얻으며, 내장한 터보제트 엔진에서 내는 나머지 추력으로 팬을 돌린다. 일반적으로 터보제트 엔진의 부하를 늘이면 항공기의 속도는 빨라지지만 연료 소비량은 많아지게 된다. 반면 팬의 부하를 늘이면 항공기의 속도는 느려지지만 연료 소비량은 줄어든다.
프로젝트가 시작된 지 1년이 지나도록 항공기 엔진 도면을 연구하던 마틴은 어느 날 뭔가를 깨달았다. 팬이 효율적이라면 터보제트 엔진을 들어내고 팬만 달아도 되지 않을까? 제트팩이라고 해서 꼭 제트엔진이 들어갈 필요는 없지 않은가?
어떻게 보면 이 덕분에 프로젝트가 쉬워진 면도 있다. 어떤 엔진이라도 팬을 돌릴 수 있기 때문이다.
하지만 팬만으로 원하는 추력을 내는 것은 더 큰 문제였다. 기존 제품보다 훨씬 효율적인 덕트 팬을 설계하려면 일단 관련된 이론을 잘 알고 있어야 했다.
마틴은 남은 대학생활 동안 여유시간을 쪼개 공기역학에 관한 여러 가지 공식을 연구하고, 그것들을 팬과 덕트 제작에 응용할 방법을 궁리했다.
1984년 그는 더 이상 배울 게 없다고 판단하고 생화학과 대학원 과정을 자퇴했다. 하지만 직업은 있어야 하겠기에 제약회사 영업사원으로 근무하면서 야간과 주말을 이용, 프로젝트에 매달렸다.
1987년 마틴은 하루 종일 프로젝트에 매달릴 만큼의 돈을 모았다. 마틴의 친구 중에는 왜 그가 돈 많이 주는 직장을 그만두었는지 이해하는 사람이 없었다. 그는 아무에게도 제트팩에 대해 이야기하지 않았다.
그는 이렇게 말했다. “뉴질랜드에는 ‘잘난 사람 시기 증후군’이라는 병이 있습니다. 많은 사람 중에서 혼자 잘난 사람이 있으면 곧 철퇴를 맞습니다. 사람들에게 제가 하는 일을 말해주면 하얀 자동차를 타고 멋진 옷을 입은 사람이 어디선가 와서 저를 스카우트해 갈 것이라는 정도는 알지요.”
마틴은 문을 걸어 잠근 공장에서 기계 작업을 해나갔다. 주방용 환기팬을 가져다가 작은 시험장비들을 사용해 개량해 보기도 하고, 행글라이더에 붙여 보기도 했다.
이 실험 덕에 그는 그동안 연구한 이론들을 써먹어 볼 기회를 얻었다. 시험 장비를 바꿔가면서 계산으로 얻은 추력과 실제 추력을 비교하고, 그에 따라 팬을 정밀 조절할 수 있었다.
그는 시제품들이 점점 더 강력해지고, 신뢰성이 높아졌으며, 효율성 역시 좋아졌다고 말했다. 하지만 여전히 너무 무거웠다. 조종사를 태우지 않은 상태에서도 이륙하기가 너무나 힘이 들었다. 프로젝트를 시작한 지 5년이 지났는데도 그의 작품은 이륙도 못 하고 있었다.
■ 마틴 제트팩의 이륙
마틴은 1980년대 말까지 중량 문제 때문에 고민하고 있었다. 무게만 가볍다면 이 설계로 비행이 가능할 것이라고 믿어 의심치 않았다. 무게를 줄이기 위해 없애야 할 부품을 찾던 그는 어느 날 11kg짜리 기어박스 3개에 시선을 보냈다.
이 기어박스는 핵심적인 부품이었다. 이것이 있어야 두 팬이 서로 반대 방향으로 돌기 때문이다. 만약 두 팬이 같은 방향으로 돈다면 제트팩은 우력(偶力)을 이기지 못하고 제자리에서 뱅글뱅글 돌게 된다.
하지만 마틴은 다른 방법으로 기체를 안정시킬 방법이 있을 것이라고 판단해서 기어박스를 제거했다. 설계만 잘 한다면 팬 지지용 받침대를 사용해 공기의 흐름을 직진시킬 수 있을 것 같았다. 이렇게 하면 공기가 요동치는 대신 곧바로 뿜어 나오게 된다. 그러면 회전하는 팬의 우력을 상쇄할만한 반(反)우력을 만들어낼 수 있다.
유레카적인 발견이었지만 이 때문에 해야 할 일은 엄청나게 많아졌다. 우선 완벽한 받침대와 덕트에서 뿜어져 나오는 추력, 그리고 공기 흐름을 정확히 맞출 수 있는 기계구조를 만들기 위해 더 많은 공식을 알아야 했다. 하지만 아직도 효율적이고 가벼운 엔진은 만들지 못했다. 프로젝트 기간은 갑자기 10년을 훌쩍 넘기게 됐다.
그가 그만둘까 생각할 때면 언제나 그의 아내인 바네사가 힘을 주었다. 계속 쌓여만 가는 청구서 때문에 그는 1990년 초반 다시 직장을 잡았다. 하지만 몇 년 못 가 아내의 만류로 직장을 그만두었다.
그는 몇몇 전문가들과 술자리를 함께 하면서 프로젝트에 대한 비밀을 털어놓기도 했다. 인근 캔터베리 대학의 엔지니어들은 비밀을 지킬 것을 맹세하고, 학교 가는 길에 들러 도움을 주곤 했다.
1997년 둘째 아들을 낳은 지 7주밖에 안 된 바네사가 창고에 들어와 7호 시제품의 조종간을 잡았다. 7호 시제품은 마틴도 반드시 이륙할 것이라고 생각한 것이었다.
바네사의 체중은 마틴의 반밖에 되지 않았기 때문에 시험비행사 자격이 충분히 있다고 부부는 생각했다.
게다가 바네사도 남편만큼이나 이 일에 미쳐 있었다. 제트팩은 장대에 묶여 있었기 때문에 지붕을 뚫고 날아가 버릴 염려는 없었다.
바네사는 10대 시절부터 그녀의 아버지와 함께 자동차를 만지곤 했기 때문에 이번 엔진이 꽤 괜찮다는 것을 알고 있었다.
당시 실험 광경을 찍은 비디오를 보면 몸이 공중에 떠오르자 그녀의 눈은 튀어나올 듯 커졌다. 그녀의 표정은 매우 즐거워 보였다. 마치 남편이 미친 사람이 아니라는 것을 증명하는 듯 했다.
2003년 마틴은 엔진 무게를 2.3kg 줄이기 위해 일부분을 탄소섬유로 다시 만들었다. 9호 시제품은 뒷마당 상공을 잠시 나는데 성공했다. 이만하면 수십만 달러의 벤처자본을 모아 차고에서 벗어나 진짜 전문가들을 고용할 수 있을 만 했다.
그는 특허를 출원하고 프로젝트 이야기를 흘리기 시작했다. 그러자 투자자들도 이런 비행장치를 사갈 시장이 생길 것인지 알려고 했다.
마틴은 대중에게 이 프로젝트를 정식으로 공개할 준비도 했다. 지난해 말 그는 실험항공기협회에 자신이 만든 제트팩에 대해 설명했다. 비행원리와 선회방식, 그리고 완벽한 8자비행이 가능하다는 점도 소개했다.
그는 2009년까지 기다렸다가 이 제품을 공개하는 것이 어떻겠냐고 물었다.
하지만 실험항공기협회에서는 그 제안에 반대했다. 지금 당장 공개하라는 것이었다.
■ 베일 벗은 마틴 제트팩
현재 마틴 제트팩의 엔진은 59kg이며, 합성소재로 만든 2ℓ급 엔진을 달고 있다. 뉴질랜드 회사인 다이내믹 컴포지트의 기술부장 밀턴 블룸필드는 “이 엔진에 금속 부품은 아주 조금밖에 없다”고 말한다.
블룸필드는 지난 2004년부터 마틴과 함께 일해 오면서 엔진 구성품의 무게를 줄이고, 설계 목적에 가장 적합하도록 개량했다. 예를 들어 메인 빔은 제트팩의 등뼈에 해당하기 때문에 강하면서도 완벽히 직선을 이루어야 한다. 조금만 휘어져도 팬 회전의 균형이 깨질 수 있다.
표준형 탄소섬유는 너무 잘 휘어지기 때문에 블룸필드는 거의 사용하지 않았다.
대신 고경도 탄소섬유를 사용했다. 너무 단단하면 길게 못 만들 수도 있지만 블룸필드의 계산 결과로는 충분히 답이 나왔다. 그는 또한 방탄복에 쓰이는 섬유를 덕트에 대 비행 중 이물질이 들어가지 못하게 했다.
하지만 7월 29일 오시코시에 제트팩을 보러 온 수많은 사람들은 이런 사소한 부분에 관심이 있었던 것은 아니다. 사람들은 이 제트팩에 사람이 타고 비행하는 모습을 보고 싶어 했다.
마틴은 사람들에게 약간의 이야기를 해주고, 두 대의 시제품을 감싼 흰 천을 벗겼다. 그 중 한 대에는 16세 먹은 그의 아들 해리슨이 탑승해서 엔진 시동을 걸었다.
엔진이 빨리 돌아가자 마치 나뭇잎 치우는 기계를 돌리는 것 같은 소리가 났다. 아버지와 엔지니어 한 명이 만약을 위해 제트팩의 양쪽을 살짝 붙들고 있는 가운데 해리슨은 포장도로 위 90cm 상공으로 올라가서 46초간 제자리 비행을 했다.
오시코시에 모인 관객들 대부분은 이 광경을 보고 깜짝 놀랐다.
하지만 제트팩의 독특한 설계를 비판하는 목소리도 있었다. 로켓연료를 사용하는 제트팩을 개발하고 있는 회사 중 하나인 TAM사의 회장 후안 마누엘 로짜노가 대표적인 인물. 그는 마틴이 선택한 2행정 엔진은 신뢰성이 없기 때문에 안전하지 못하다고 지적했다.
마틴도 이 같은 한계를 잘 알고 있었다. 그는 1990년대 내내 그 해결책을 연구해 왔다. 그의 엔진은 원래 성능에 비해 매우 적은 200마력의 추력을 내는 방식으로 신뢰성 문제를 해결했다. 그는 “볼품없이 설계된 엔진이긴 하지만 신뢰성은 매우 뛰어나다”면서 “이는 비행을 할 때 엔진이 받는 부담이 매우 적기 때문”이라고 말했다.
마틴 제트팩이 단 90cm 밖에 상승하지 못한 것에는 더욱 큰 비판이 쏟아졌다. 하지만 마틴은 1.8m 이하 고도에서 100시간의 시험비행을 해보기 전에는 그 이상 높이 비행하지 않을 생각이다. 미 항공우주국(NASA)의 수석 과학자인 토마스 벤슨은 “라이트 형제도 처음에는 3~5m 이상 날지 않았다”며 “이는 안전 문제 때문”이라고 말했다.
마틴은 까딱 잘못해서 사망사고라도 나는 날에는 모든 것이 물거품이 될 것을 잘 알고 있다. 27년이나 기다려 왔는데 뭘 또 서두른단 말인가? 앞으로 1년만 지나면 150m 상공을 비행하는 마틴 제트팩의 진짜 성능을 볼 수 있을 것이라고 마틴은 말한다.
공개 무대를 통해 데뷔한 이후 마틴은 수많은 문의를 받았는데, 그 중에는 선전용으로 제트 팩을 여러 대 사고 싶다는 드링크 회사도 있었다. 하지만 마틴이 현재 주력하고 있는 분야는 개인 구매자들이다. 마틴 제트팩을 구매할 사람들은 뉴질랜드에 와서 2주간 조종 교육을 받고 대당 10만 달러짜리 제트팩을 인도받아 귀가할 것이다.
하지만 무엇보다 이 프로젝트가 거의 완성 직전에 왔다는 점이 마틴을 설레게 하고 있다. 그는 “이 일을 한 것은 돈 때문도, 자긍심 때문도, 명성 때문도 아니다”면서 “다만 제트팩이 하나 갖고 싶었을 뿐이기 때문에 한 것”이라고 말했다.
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