[HOOC=이정아 기자] 불꽃놀이용 폭죽이나 소형 로켓, 그리고 초대형 미사일까지 작동 원리는 같습니다. 차이점이라면 사용하는 목적이 서로 다를 뿐이죠. 밀폐된 공간에 담긴 연료가 연소되면 급격하게 팽창하는 가스가 만들어집니다. 이 팽창가스의 압력은 폭죽이나 로켓 내부의 모든 방향으로 똑같이 작용합니다. 하지만 아래쪽에 틈이 있으면 압력과 균형이 깨져 압력차가 발생합니다. 압력은 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르기 때문에 내부보다 압력이 낮은 노즐 쪽으로 화염이 분사되는 겁니다. 이때 추진력이 발생해 위로 솟구치게 되는데요. 노즐을 통해 밑으로 뿜어지는 가스가 뉴턴의 운동법칙에서 말하는 ‘작용’이고, 로켓을 미는 추진력이 ‘반작용’입니다.

불꽃놀이용 폭죽은 소형 로켓과 같고, 똑같은 원리로 작용한다.

▶소형 로켓과 닮은 폭죽 = 먼저 폭죽은 규소와 산화제 반죽에 철가구를 섞어 놓은 것입니다. 폭죽에 불을 붙이면 뜨거운 열이 철가루를 태우고(이 과정에서 산화철이 발생합니다), 철가루가 사방으로 날아가게 되지요. 철가루는 아주 뜨겁긴 하지만 크기가 아주 작기 때문에 색깔만 나타낼 뿐 화상을 입히진 않습니다.

폭죽이 폭발할 때 내뿜는 색은 일반적으로 구형의 화학 물질로 이뤄진 ‘스타(star)’에 따라 결정됩니다. 폭죽에서 빛을 내며 폭발하는 부분을 옥피라고 하는데 밝은 흰색 불꽃을 내는 폭죽에는 ‘마그네슘 스타’가 들어 있고, 빨간색 불꽃을 내는 폭죽에는 ‘스트론튬 스타가’ 들어있습니다. 옥피에는 할약도 있는데요. 할약은 모든 스타의 한가운데 들어 있는데, 할약이 폭발하면서 스타를 하늘에서 사방으로 튀어나가며 밝은 빛으로 불타오르게 합니다.

다만 폭죽의 화학은 보기보다 아주 복잡합니다. 폭죽이 폭발할 때 나오는 빛의 색은 높은 열에서 나오는 고온 발광(온도에 따라 색이 달라진다. 예를 들어 빨간색 빛은 흰색 빛보다 온도가 낮다)의 결과일 수도 있고, 원자 속의 전자가 에너지를 흡수하면서 들뜬 상태가 되었다가 다시 바닥 상태로 내려갈 때 빛을 방출하는 냉광의 결과일 수도 있습니다.

대륙간탄도미사일(좌측)과 순항미사일(우측)의 차이는 ‘산소 내장 시스템’에 있다.

▶대륙간탄도탄과 순항미사일의 차이 = 말 그대로 대륙을 가로질러 수천㎞를 날아가는 ‘대륙간탄도미사일(ICBM)’. 이 미사일의 가장 큰 특징은 대기권을 뚫고 위로 올라가 한참을 비행한 뒤 다시 내려오는 궤도를 그린다는 것입니다. 공기 저항을 없애 속도를 높이고 연료를 줄여 먼 거리를 날아가기 위해서죠.

때문에 기존 항공기나 단거리 미사일 등에서 사용하는 엔진 시스템으로는 추진력을 얻을 수 없습니다. 대기권 밖에는 연료를 태울 수 있는 산소가 없기 때문입니다. 그래서 대륙간탄도미사일은 우주선이나 인공위성을 실어나르는 대형 로켓처럼 연료와 함께 산소를 내장하는 시스템을 적용합니다.

반면 걸프전이나 이라크 전쟁에서 높은 적중률로 이름을 날린 ‘순항미사일(Cruise missile)’은 다릅니다. 이 미사일은 자동적으로 목표물을 찾아 지형의 굴곡에 맞게 저공비행합니다. 그래서 발사 초기에는 대륙간탄도미사일과 같이 로켓 추진을 하지만 일정 속도에 달하면 터보제트 엔진 등으로 전환해 항공기처럼 양력(揚力)을 이용해 비행합니다. 연료만 내장한 채 연소시키는 데 필요한 산소는 비행 중 빨아들이는 건데요. 때문에 만일 순항미사일이 대기권 밖으로 나가게 된다면 무용지물이 되고 맙니다.


dsun@heraldcorp.com