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2022년 1월 27일 (목) 15:07 판
열기구(熱氣球, hot air balloon)는 커다란 기낭과 사람이 탈 수 있는 바구니, 캡슐 또는 곤돌라로 이루어진 대기보다 가벼운 항공기로, 기구 중에서 주로 개방식 화염으로부터 생기는 열로 움직이면서 승객들을 실어나르는 기구를 말한다. 작동 원리는 풍선 속의 공기가 버너 따위의 가열 장치로 데워져서 부력을 만들어내는 것으로, 이는 이상기체 법칙에 따라 풍선 내부의 공기가 외부의 찬 공기보다 밀도가 낮아지기 때문이다. 열기구는 높은 고도로 날 수 있지만 대기권을 돌파할 수는 없다. 보통 바람에 기체를 맡겨 추진력을 얻으며, 프로펠러 등의 추진 장치를 따로 달고 비행하는 열기구는 열비행선이라고 일컫는다.
대부분의 비행선이나 기구들과는 달리 열기구는 아랫쪽 부근의 공기가 대기와 기압이 거의 같아서 밑면이 반드시 밀봉되어 있을 필요는 없으나 이상 기변에는 매우 취약하다. 현대 열기구의 기낭 부분은 나일론 직물로 만들며, 버너 불길에 닿는 안감에는 노멕스 등의 내열성 섬유를 이용한 직물을 사용한다. 열기구의 모양은 제조 방법에 따라 다양하게 만들어질 수 있으나, 가장 상업적 및 비상업적 목적으로 사용량이 많은 것은 기존에 사용하던 위쪽이 불룩한 풍선 모양의 열기구이다.
열기구는 인류 비행 기술의 첫 번째 적용 성공 사례로, 그와 관련된 연구를 가장 빠르게 진척시킨 나라는 프랑스라고 할 수 있다. 1783년 11월 21일 프랑스의 기술자 장프랑수아 필라트르 드 로지에와 프랑수아 로랑 다를랑드는 파리에서 몽골피에 형제가 설계·제작한 열기구로 세계 최초로 지상에 매인 밧줄 없이 유인 열기구 비행을 실행시켰다. 같은 프랑스인 기술자인 장피에르 블랑샤르 역시 1793년 1월 9일 필라델피아의 월넛 스트리트 형무소에서 아메리카 대륙 최초의 열기구를 띄워 올렸다.
개요
열기구는 공기보다 비중이 가벼운 기체의 부력을 이용해서 하늘로 오르는 비행장치로 사람이 탑승하여 하늘을 나는 도구이다. 기구는 비행기처럼 자기가 날아가고자 하는 쪽으로 방향을 전환하는 장치가 없으며, 바람의 방향을 따라 비행한다. 인류최초의 비행물체이다 보니, 당시의 사람들은 '우선은 사람이 하늘에 뜬다'는 자체에만 몰입하여 연구하였다. 그런 이유로 기구는 아직도, 오로지 수직운동만을 하는 것이다. 그러나 비행 중에 방향전환이 필요했던 인류는, 공기저항을 감안해서 기구를 길쭉하게 만들고 거기에 추진이 가능한 프로펠러를 달게 되는데 그것이 바로 비행선이다. 독일인이 만든 최초의 상업항공사가 비행선을 이용해서 사람을 실어 나르는 일을 했었는데, 착륙과정에서 그들의 '힌덴부르크 호'는 폭발을 하고 만다.
그 와중에 역시 독일인인 릴리엔탈의 글라이더에 근거를 둔, 미국의 라이트형제의 비행기 '키티호크'가 발명되자, 기구와 비행선은 서서히 역사의 뒤안길로 사라진다. 그러나 2차세계대전이 끝나고 인류가 어느 정도 스포츠를 즐길 수 있는 평화로운 시기를 맞이하고, 기구제작과 비행을 위한 과학이 발전되자, 동력의 지배를 거부하는 항공스포츠인들에 의해 다시 부할하게 된 것이다.
열기구는 하늘에서 하는 스포츠 중 가장 묘미가 큰 반면 부피나 장비 가격이 비싸서 개인이 소유하기는 부담이 너무 크다. 또한 3~6명이 함께 타는 그룹 스포츠이기 때문에 국내에서는 보통 동호회를 조직해서 즐기는 것이 대부분이다. 이런 동호회에 가입해서 즐긴다면 하늘을 나는 기쁨 외에 특이한 즐거움을 맛볼 수 있다.
역사
열기구는 지금으로부터 220여년 전 프랑스의 '죠셉 몽골피에'와 동생 '에띠앙 몽골피에'형제에 의해 탄생되었다.
리옹에서 가까운 이노네란 조그만 마을에서 태어나 제지공장을 기업으로 운영하던 몽골피에 형제는 1782년 11월 더운 공기는 일반공기보다 가벼워 상승한다는 원리를 적용, 실크를 소재로 한 체적 1 의 원형의 기구를 제작하여 그 내부에 나무와 젖은 밀집을 태워 방생한 뜨거운 공기를 채워 지상으로부터 30여 미터 상승 시키는데 성공을 하게 된다. 이것이 최초 열기구의 탄생이었다. 이후 몽골피에 형제는 조금씩 더 큰 기구들을 제작하였고, 사람의 무게를 실을 수 있을 만큼 큰 체적의 기구도 성공적으로 제작하게 되었다.
유인 열기구의 비행은 1783년 9월 19일 파리의 베르사이유 광장에서 루이 16세가 참석한 가운데 이루어 졌으며, 시험비행의 탑승자는 오리와 양 그리고 닭으로 결정되었다. 열기구는 광장을 이륙한 후 8분간 3km의 거리를 비행하고 안전하게 착륙하였으며, 착륙장소에서 찾은 동물들도 모두 무사한 것이 확인되었다. 그 해 11월 21일 역시 루이 16세가 참석한 가운데, 지원 탑승을 요청한 당시 물리학자 피아드레 디 로지에와 육군장교 마르키스 다란데스 두 사람이 탑승한 열기구 비행이 이루어졌다. 열기구는 두 사람을 태우고 고도 약 1000m까지 상승하여 파리상공을 25분 동안 비행하였고, 이것이 인류 최초의 유인비행이었다.
잊혀져 잠자고 있던 열기구는 그로부터 2세기가 지난 1953년 미국의 ED Yost라는 사람에 의해 현대식 열기구의 형태로 다시 태어나게 된다. 식품의 포장용으로 생산된 가벼운 합성 셀로판을 소재로 구피를 제작하였고 가스를 가열기의 연료로 사용하였다. 그 사실에 미 국방성이 관심을 갖게 되면서 1955년 그는 국방성이 주도하는 정부의 성층권 탐사계획에 훈련용 소형 가스기구의 가스(헬륨) 비용절감을 위한 열기구제작팀에 참여하게 된다. 제작팀에 참여하여 소재와 기술을 축적한 그는 1960년 9월 10일 최초로 가벼우면서도 인장력이 뛰어난 화학섬유 폴리에틸렌천을 소재로 한 구피와 LPG기화용 코일을 적용하여 설계 제작된 최초의 현대식 실용유인 열기구 Yosts balloon의 비행에 성공한다.
이후 현대식 열기구는 일반인들에게 레저스포츠를 위한 비행용도로 보급되기 시작하였으며 그 인기는 점차 유럽과 호주로 전파되면서 해마다 인구가 급속히 늘어나고 있으며 열기구장비의 성능개발도 날로 발전하고 있다. 그 결과 현재는 전세계적으로 2만여대의 다양한 형태와 색상의 열기구가 하늘을 수 놓고 있다.
배행 원리
더운 공기는 차가운 공기보다 비중이 가벼워 대기 중에서 상승작용을 한다. 이 원리를 이용하여 기구안의 공기를 불로 데우면 비중이 가벼워지면서 하늘로 떠오르게 되고 바람의 흐름을 따라 공중비행을 하게 되는 것이 열기구이다. 보통 공기는 무게가 없는 것처럼 생각되지만, 사실은 그렇지 않다. 가로,세로,높이의 길이가 각각 10피트인 공기의 체적은 1000입방피트로서 상온에서의 무게는 76파운드 정도이다. 체적이 77000입방피트인 4인승 열기구 내부의 공기무게는 상온에서는 약 2.6톤의 무게에 달한다. 그러나 그것이 가열되면 팽창하며, 공기의 일부가 기구의 입구를 통하여 방출됨과 동시에 공기는 밀도가 희박해지면서 열기구 바깥의 공기무게에 비해 무게가 가벼워진다. 4인승 열기구의 내부공기를 섭씨 약 100℃로 올리면 내부의 냉각공기는 가열되고 0.6톤의 부력이 발생함과 아울러, 내부에 머물러있던 일부 냉각공기도 방출된다. 즉, 600kg의 부력을 얻게 되는 것이다. 600kg은 장비자체의 무게(약 200여kg)와 4명의 탑승객을 하늘에 올릴 수 있는 힘이 된다. 이것이 열기구가 하늘을 나는 원리이다.
열기구의 구조
열기구는 크게 세부분으로 구분된다. 풍선 부분인 구피 (envelope), 공기를 데우기 위한 버너, 사람이 타고 장비가 적재되는 바스켓이 있다.
- 열기구의 연료 : 현대 열기구는 연료로 LPG 를 사용한다. 액체 LPG를 사용하여 강력한 버너로 공기를 데운다. 바스켓에는 가스통을 보통 네통 정도 싣고 비행을 한다.
- 구피(envelope) : 구피란 말은 일본식 말인데 보통 구피라고 부른다. 엔벌로프라고 부르는 것이 좀 더 타탕하지 않을까 한다. 엔벌로프는 열기구의 풍선부분이다. 엔벌로프는 주로 나일론 섬유에 폴리우레탄이나 실리콘을 코팅한 섬유를 사용한다. 나일론 섬유는 강도가 강하고 무게가 가볍고 고온에도 견디기 때문이다. 열기구의 제일 밑 부분 불이 닿을 수 있는 쪽은 노맥스라는 듀폰에서 나온 섬유를 사용한다. 듀폰의 노맥스는 불이 붙질 않아 소방복 같은 곳에 쓰이는 섬유인데 열기구에도 응용을 하고 있다.
- 버너 : 버너의 구조는 액체 프로판 가스를 기화시켜 강력한 불꽃을 만들어 내도록 설계되어 있다. 열기구 메이커마다 모양과 구조가 조금씩 다르다. 불은 계속 때는 것이 아니고 파이로트 램프는 항상 켜져 있으며 밸브를 조작하여 몇초간 불을 쏘고 몇초간 대기를 하고 그렇게 조작을 한다. 유능한 조종사는 버너 조작을 잘한다.
- 바스켓 : 바스켓은 사람이 타고 장비가 적재된다. 1인승부터 몇 10인승까지크기가 아주 다양하며 모양 또한 일반적인 사각형과 삼각형의 바스켓도 있다. 바스켓에 적재되는 장비로는 연료로 사용되는 가스통과 비상시를 대비한 소화기, 고도계, 승강계 등이 있다.
열기구의 종류
- 열기구
열기구(Hot Air Balloon)는 커다란 공기 주머니의 아래부분이 뚫려 있어서 그곳으로 강한 불꽃을 쏘아 올려 풍선내부의 뜨거워진 공기의 부력을 이용하여 하늘로 떠오르게 하는 것이다. 일반적으로 볼수 있는 바구니와 탑승자를 매달고 하늘을 나는 기구로 스포츠 비행용으로 가장 많이 활성화 되고 있다. 열기구에는 일반적인 둥그런 형태가 가장 일반적이지만 동물, 자동차, 깡통, 공룡 등 갖가지 특이한 모양의 기구가 있다. 열기구는 가스기구와 복합형 기구에 비해 장비가격과 운용비용 면에서 경제적이고 기동성이 비교적 양호한 편이다.
- 가스기구
가스기구(Gas Balloon)는 매우 큰 애드벌룬에 바구니를 매단 형태로 공기보다 가벼운 헬륨가스의 부력을 이용하여 비행한다. 고도를 높이고 싶을 때는 모래를 뿌려서 장비무게를 가볍게 하고, 내려가고 싶을 땐 풍선내부의 헬륨가스를 방출시키는 기구이다.
- 복합형기구
복합형(Rozier Balloon)은 열기구에 커다란 애드벌룬을 집어 넣은 꼴로서, 열기구와 가스기구의 장점만을 조합해 만들어진 기구이다. 일정량의 부력은 내부의 가스기구에서 얻고, 나머지 부분의 부력은 열기구의 버너가 조절해주는 형식의 기구로, 장거리횡단 기록비행에 자주 쓰인다. 가스기구와 복합형 기구는 주로 10여 시간 이상 등의 장시간 비행목적에 자주 적용되고, 2000년 현재 한국 내에는 존재하지 않으며, 장비가격과 운용비용이 막대하다.
열기구 비행방법
열기구 조종은 버너의 간헐적인 사용에 의해서 상승, 수평비행, 하강을 할 수 있다.
다른 조종술과 다른 점은 버너를 사용하면 바로 반응하는 것이 아니라 공기라는 매개체를 통해 반응한다는 것이다. 그래서 반응의 시간상의 차이를 습득하는 것이 중요하다. 또 항상 냉각되고 있다는 생각을 염두에 두고서 비행경로를 관찰하여 버너의 가열시간을 결정하되, 적당한 상승과 하강 속도(최대2.5m/s)를 지켜야 한다.
이러한 것들을 익히면 원하는 고도까지 상승, 하강하거나 수평비행을 통해 고도에 따라 다른 바람의 방향을 이용해서 그러한 바람방향의 범위에서는 어느 곳이라도 갈 수 있다. 열기구는 고도조절을 통한 공간적 조종이기 때문에 공간적인 감을 익히는 것이 중요하다.
※ 열기구가 하늘에 떠오르기까지는 다음과 같은 과정을 거치게 된다. ① 구피를 바닥에 넓게 편 후 천정에 있는 패러슈트형 립패널과 조종줄, 기타 모든 연결줄이 잘 정리되어있는지 확인한 후 송풍기로 세일안에 바람을 불어넣는다.
② 구피안에 바람이 어느정도 들어가 부풀어 오르면 그 안으로 사람이 들어가 천정의 립 패널의 부착상태와 각종 선과 웨빙이 잘 연결되어 있는지 확인하고 나온다.
③ 버너에 불을 붙인 후 세일안으로 불꽃을 쏘아 온도를 올린다.
④ 어느정도 온도가 올라가면 열기구는 땅에서부터 하늘로 솟아 오르는데 이때 송풍기를 중지시키고 바스켓과 함께 바로 세운다. 이때가 이륙준비가 완벽히 끝난 상태이다.
⑤ 계속해서 불꽃을 쏘아주면 서서히 이륙하기 시작한다. 이륙후에는 바람의 방향에 따라 이동을 하는데 일반적으로 생각하기에는 바람의 방향에 따라 한방향으로만 움직일 것 같으나 고도에 따라 바람의 방향이 다르므로 조종사의 마음대로 움직일 수 있다.
⑥ 비행중에는 반드시 육로로 이를 뒤따라 이동하는 사람이 있어야 하며 무전기로 서로 연락을 하여야 한다.
⑦ 착륙할 때는 버너의 불꽃을 줄여 세일안의 공기를 삭히고 립패널을 조금씩 열어 안의 더운공기가 밖으로 배출되게끔 서서히 착륙한다.
열기구 경기방법
① JDG(Jduge DedaredGoal) 운영위원회가 지정해 놓은 곳으로 날아가는 경기이며, 운영위원회는 안전하고 비행기술을 판가름 할 수 있도록 그날의 기상을 고려하여 타겟을 선정해야 하며, 조종사는 지정된 시간내에 타겟에 가장 가까이 날아가 자신의 표식물인 마커를 투하하여 거리를 잰다.
② FIN(Fly In) 지정된 타겟으로 날아 들어오는 경기이며, 타겟으로부터 일정거리를 이격하여 지정된 시간내에 이륙하며, 이륙지의 선정은 당일의 바람방향을 고려하여 조종사가 직접 선정한다. 타겟에 도착한 기구는 자신의 표식물인 지마커를 투하하여 타겟과의 거리를 잰다.
③ HWS(Hesitation Walts) 두 개이상의 타겟 중 조종사가 선정하여 날아가는 경기로, 두 개이상의 타겟이 설치될 수 있으며 조종사는 당일 기상을 고려하여 본인에게 유리한 폭의 타겟으로 날아갈 수 있다. 본인이 선정한 타겟으로 도착한 조종사는 자신의 표식물인 마커를 투하하여 타겟과의 거리를 잰다.
④ HNH(Hare & Hound) 일명 토끼몰이라고도 불리우며, 지정된 토끼기구가 착륙한 곳이 타겟이 된다. 토끼기구(HARE)가 이륙하고 지정된 시간후에 다른 열기구들이 먼저 이륙한 토끼기구를 쫓아가는 경기이다. 토끼기구는 운영위원회가 운영하며, 착륙한 장소에 타겟을 펼치게 된다.
⑤ MND(Minimum Distance) 가장 적은 거리를 비행한 기구가 우승하는 경기이며, 모든 선수들은 지정된 시간안에 이륙하여 사전 부여된 일정시간을 하늘에 머물며, 이륙했던 지역으로 다시 날아들어오는 경기이다. 이륙장소의 착륙은 허용되지 않으며 마커를 투하하여 타겟과의 거리를 잰다.
⑥ Pop the ballon 강 위에 떠있는 풍선을 터뜨리는 경기로 강 양쪽으로 있는 강변둔치에서 이륙하여 강 한가운데 물위에 떠있는 풍선으로 정확히 날아가 풍선을 터뜨리는 경기이다. 이 경기는 이벤트성으로 진행되며 각 선수마다 이륙횟수의 제한은 없으며, 주어진 시간내에 손으로만 풍선을 터뜨려야 한다. 각 풍선마다 상품이 걸려있다.
참고자료
같이 보기
