안녕하세요. 메이저맵 에디터 바다입니다🫧

최근 일론 머스크의 스페이스X 스타십이 11번째 시험 비행에 성공했다는 소식이 있었어요 🚀

이번 비행에서 특히 주목할 점은, 거대한 우주선이 발사 후 다시 온전한 형태로 지구 대기권에 재진입하고 다시 인도양에 부드럽게 착수했다는 점! 영상으로 봤는데 정말 신기하더라고요😮 수직으로 솟아올랐던 우주선이 어떻게 다시 폭발하지 않고 온전하게 돌아올 수 있었을까요?

©유튜브 댓글 반응

이 하나의 뉴스 기사 속에는 우리가 '통합과학' 시간을 통해 배운 여러 원리들이 숨어있어요. 또한 세특 탐구 주제로 확장될 수 있는 훌륭한 소재가 될 수 있어요. 오늘은 이 뉴스를 바탕으로, 여러분의 과학적 호기심과 탐구 역량을 보여줄 수 있는 과학 계열 탐구 주제를 제안해 드리고자 합니다. 함께 살펴볼까요? 👇

주제 1. [물리] 스타십은 어떻게 쏘고, 어떻게 '온전하게' 돌아왔을까?🚀

이번 스타십 비행은 거대한 로켓이 지구 중력을 이기고 우주로 나갔다가(발사), 정해진 궤도를 돌고(궤도 비행), 다시 지구로 돌아와(대기권 재진입), 속도를 줄여 부드럽게 착수하는 전 과정을 성공시킨 엄청난 사건이에요.

이 모든 과정은 통합과학 '역학적 시스템'에서 배운 물리 법칙 그 자체랍니다😮 로켓이 강력한 가스를 내뿜으며 솟아오르는 것은 '작용-반작용의 법칙'의 완벽한 예시이고, 우주 궤도를 도는 것은 지구의 중력(구심력)과 로켓의 속도(원심력)가 아슬아슬하게 균형을 맞추고 있기 때문이죠.

가장 신기한 '재진입'과 '착수' 과정은 정말 놀라운데요! 시속 수만 km로 다시 들어올 때 공기와의 마찰(정확히는 공기가 압축되며 생기는 '단열 압축')로 수천 도의 열이 발생하는데, 이걸 견뎌내야 해요.

스타십은 독특하게도 '벨리 플롭(Belly Flop)'이라고 불리는, 마치 스카이다이빙을 할 때처럼 배를 바닥으로 향하고 떨어지는 자세로 공기 저항을 최대로 이용해 속도를 줄인 뒤, 착수 직전 엔진을 다시 켜서(역추진) 속도를 '0'에 가깝게 만든답니다!

[탐구 확장을 위한 질문 1]

스타십이 지구로 돌아올 때, '벨리 플롭' 자세가 어떻게 공기 저항을 최대로 만들어 속도를 줄이는 걸까요? 이 과정에서 발생하는 '마찰열'과 이를 견디는 '단열 타일'의 원리를 조사해 보세요.

[탐구 확장을 위한 질문 2]

스타십이 착수 직전 '역추진'을 사용해 속도를 0에 가깝게 만드는 원리를 '운동량과 충격량'의 관점에서 설명해보고, 이 '충격력 완화' 원리가 우리 생활 속 안전장치(예: 자동차 에어백, 범퍼)에 어떻게 적용되는지 조사해 보세요.

[탐구 확장을 위한 질문 3]

스타십의 발사-착수 과정을 전 세계가 동시에 생중계로 실시간 볼 수 있는 이유는 무엇 때문일까요? 스타링크의 개념과 작동 원리를 탐구해 보세요.

관련 교과: 통합과학, 물리학 I
관련 학과: 항공우주공학과, 기계공학과, 안전공학과, 전자공학과, 정보통신공학과

주제 2. [지구과학/생명] 왜 하필 '화성'일까?🪐

©NASA

기사에 "인류를 화성에 보내 거주"하게 한다는 일론 머스크의 목표가 명확히 나와 있어요. 태양계에는 수성, 금성, 목성 등 여러 행성이 있는데 왜 하필 '화성'일까요? 바로 '생명 가능 지대'와 관련이 깊어요.

'생명 가능 지대'란, 태양으로부터 적당한 거리에 있어 물이 '액체' 상태로 존재할 수 있는 영역을 뜻해요. 너무 가까우면(금성) 물이 다 증발해버리고, 너무 멀면(목성) 다 얼어붙겠죠? ❄️

화성은 이 생명 가능 지대의 끝자락에 걸쳐있다고 평가받아요. 비록 지금은 평균 기온이 영하 63℃로 매우 춥고 대기도 대부분 이산화탄소에 아주 희박하지만, 과거에는 물이 흘렀던 흔적이 발견되고, 극지방과 땅속에 얼음이 존재한다는 것이 확인됐죠! 지구와 환경이 그나마 비슷하다는 점도 큰 매력이랍니다. 물론, 인간이 살기엔 치명적인 방사선, 낮은 기압, 산소 부족 등 해결해야 할 문제가 산더미이긴 하지만요.

[탐구 확장을 위한 질문 1]

‘생명 가능 지대’의 가장 중요한 조건은 바로 액체 상태의 물이에요. 그렇다면 지구와 화성 외에, 태양계에서 물이 존재하거나 생명체의 흔적이 발견될 가능성이 있는 다른 행성이나 위성은 어디일까요?현재 탐사가 진행 중인 천체를 중심으로, 과학자들이 그곳을 주목하는 이유를 조사해 보세요.

[탐구 확장을 위한 질문 2]

화성의 희박한 대기와 낮은 중력 환경은 지구 생명체에게 어떤 영향을 미칠까요? 만약 식물을 화성에서 키운다면 지구와 어떤 점이 달라야 할지 조사해 보세요.

[탐구 확장을 위한 질문 3]

지구와 화성의 ‘행성 시스템(기후, 대기, 생태계)’을 비교했을 때, 화성을 지구처럼 만들기 위해 꼭 필요한 최소 조건은 무엇일까요?

관련 교과: 통합과학, 지구과학 I, 생명과학 I
관련 학과: 천문학과, 지구과학교육과, 생명과학과, 환경공학과

주제 3. [기술/화학] '재사용 로켓'이 버텨낸 비결, 신소재🔥

©spaceX

주제 1에서 말했듯, 우주선은 대기권 재진입 시 수천 도의 열을 견뎌야 해요. 여러 차례 재사용이 가능하려면 이 어마어마한 열을 견디고도 멀쩡해야겠죠? 과거 우주왕복선은 깨지기 쉬운 '세라믹 타일'을 수만 장 붙여서 이 열을 막았어요. 하지만 스타십은 반짝반짝 빛나는 '특수 스테인리스 스틸(강철)'을 사용해요.

이 소재는 액체 산소(-183℃) 같은 '극저온'의 연료를 담아두는 동시에, 재진입 시 '초고온'의 마찰열도 견뎌야 하는 극한의 임무를 맡고 있어요. 통합과학 '물질의 규칙성'에서 배운 '금속 결합'의 특성 덕분에 높은 녹는점과 강도, 내열성을 가지는 거죠.

게다가 세라믹 타일보다 훨씬 튼튼하고 저렴해서 비용을 절감한다는 핵심 목표에도 딱 맞아요! 이렇게 튼튼하고 저렴한 신소재 덕분에 로켓 재사용이 보편화되면, 우주여행이나 '스타링크' 같은 우주 인터넷망 구축 비용이 획기적으로 낮아져 우리 미래를 바꿀 거예요.

[탐구 확장을 위한 질문 1]

스타십의 '스테인리스 스틸'은 '금속 결합' 물질이에요. 금속 결합 물질이 높은 온도(재진입 시)와 낮은 온도(연료 탑재 시)를 모두 견딜 수 있는 이유가 무엇일까요?

[탐구 확장을 위한 질문 2]

로켓 소재는 튼튼해야 하지만 너무 무거우면 효율이 떨어져요. ‘가벼움’과 ‘강도’를 동시에 만족시키는 방법에는 어떤 것이 있을까요? 복합소재의 원리를 함께 살펴보세요.

[탐구 확장을 위한 질문 3]

자연계에는 극한 환경을 견디는 생물들이 있어요(예: 심해 생물, 사막 곤충). 이들의 구조를 참고해 우주선 소재를 설계한다면 어떤 점을 적용할 수 있을까요?

관련 교과: 통합과학, 화학 I, 생명과학 I
관련 학과: 신소재공학과, 화학공학과, 재료공학과, 생명공학과

오늘은 흥미로운 뉴스 기사를 물리, 지구과학, 화학 등 다양한 분야로 엮어봤는데요. 여러분도 뉴스를 접할 때 '왜? 어떻게 저게 가능하지?'라는 질문을 던져보세요. 그 호기심이 바로 여러분만의 깊이 있는 탐구의 시작이 될 거예요!

다음에도 흥미로운 주제로 돌아올게요. 안녕👋

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