아이언맨 슈트 분석 - 과학과 미래기술

필자는 마블 광팬은 아니지만 사이언스 픽션 무비, SF영화를 좋아한다.

많은 영감을 얻을 수 있고 발전된 미래상을 통해 즐거운 상상을 할 수 있기 때문이다.

그래서 오늘은 아이언맨 슈트를 한번 과학적인 접근을 통해 분석해보고자 한다.

필자의 경험과 지식에 한계가 있겠지만 가능한 여러가지 측면을 고려하여 생각을 해보자.

---

1. 공개적인 설정 모습

토니스타크라는 인물이 제작한 아이언맨 슈트라는 것은 사실 겉모습만 보자면 많은 변화가 있었던 것 같습니다.

1963 Tales of suspense

자료를 찾아보고자 노력을 했지만

냉장고도 최대소비전력이 나오는 세상에 아이언맨의 최대출력과 무게, 최대시속과 같은 스펙을 찾기는 힘들었습니다.

(혹시 누군가 독자중에 정보가 있는 분이 있다면 알려주시면 고맙겠습니다)

그래서 영화중에 나오는 인상깊은 장면들이나 몇몇 인터넷에 공개된 자료를 근거하여 그 스펙을 유추해보도록 하겠습니다.

---

2. 아이언맨 슈트의 무게(연료제외): 50~100kg 추정

우선 우리는 아이언맨이 일반 도로를 걸어다닐 때 도로가 푹푹 파이거나 파손되지 않는 점을 고려할 필요가 있습니다. 이는 아이언맨의 무게가 도로를 파손할 정도로 무겁지는 않다는 것을 의미합니다.

또한 비슷한 크기의 로봇을 참고할 필요가 있지요.

그리고 한쪽 팔과 같은 파츠를 붙이고 나서 무리없이 들고 있다는 것은 그만큼 가볍다는 것을 의미합니다.

  가. 중세 판금갑옷의 경우 약 30kg정도로 추정이 된다 (근거 유튜브 영상)

  나. 탱크가 도로 파손을 일으킨다면 이를 통해 면적과 무게를 계산해서 추정하고자 했으나 몇몇 유튜브 영상을 살펴본 결과 아스팔트에서 달리는데도 뚜렷하게 파손되는 장면을 보이지는 않았다. 그러면 이 영상을 통해서 어느정도까지 아스팔트가 견디고 있을지 유추가 가능하다.

탱크의 무게 50톤으로 가정하고 접지하고 있는 면(캐터필러)을 1제곱미터라고 가정하면 제곱미터당 50톤의 무게로 지나가도 아스팔트는 눈에 띄게 파손되지는 않는 다는 것을 알 수 있다.

그러면 아이언맨이 두발로 섰을 때 어느정도까지는 파손이 안되는 것일까?

아이언맨의 두발의 면적은 0.0625제곱미터(0.25*0.25미터)라고 가정한다면 슈트의 무게가 3.125톤이라고 하더라도 아스팔트는 눈에띄게 파손되지 않는다는 것을 의미한다. 물론 갑자기 점프를 한다던가 고출력을 낸다든가 하면 이야기는 많이 달라지겠다.

  다. 한국미래기술의 매소드-2 이족보행로봇의 스펙을 보면 397cm의 높이에 1.3톤의 무게라고 한다.

양진호 회장의 갑질 사건으로 회사 자체에 대한 의구심이 들기는 하지만 어쨌든 스펙만 챙겨오면 되므로 참고할만 하다.

이러한 모든 점을 고려해 보았을 때 적정한 슈트의 무게는 50~100kg정도로 추정이 됩니다. 판금갑옷보다는 무겁고 탱크보다는 가볍겠지요.

---

3. 재질

재질은 상당한 허구나 먼 미래에나 적용될법한 소재를 사용하고 있어 분석이 상당히 까다롭습니다. 영화에서 나오는 모습은 총알을 맞아도 겨우 흠집정도나 잡힐까 말까한 수준으로 방어력이 높으며 미사일도 버티는 모습입니다. 또한 나노입자를 통해 자기수복 능력도 갖추고 있지요.

나노입자가 정말 기계적으로 다양한 물성까지 완벽히 복원해 낼 수 있을지는 의문입니다만 어쨌든 모든 허구를 과학적으로 연결시키기는 어려운 것 같습니다.

또한 재질이 정말 총알을 흠집도 안나게 막아낼 정도로 단단하다고 하더라도 그 충격량은 없어지지 않는 것이기에 영화처럼 멀쩡할 가능성은 높지 않습니다.

진동만으로 사람은 내장이 터질 수도 있고 고막이 터질 수도 있습니다. 그래서 아이언맨 슈트는 이러한 내진동 설계, 외부의 진동이 내부까지 영향이 미치지 않도록 하는 설계가 되어 있다는 정도는 유추할 수 있습니다. 이러한 기술이 정말 있다면 탱크의 승무원들이 포격에 의해서 피해를 입는 일이 많이 줄어들고 방탄복으로 총알을 맞아도 피멍이 들거나 그런 일은 없겠지요.

---

4. 동력원 및 에너지

아이언맨의 가슴 한가운데에 위치한 아크리액터는 1989년 발표된 '상온 핵융합' 가설에 의해 상온에서도 핵융합을 할 수 있다는 생각에 기초한 픽션입니다. 현실적으로는 이론의 적용이 실제로 가능한지 어떤지 판단할 수 없는 상태입니다.

미래의 기술이 언제 다가올지, 또 어느정도 성능일지 현재 시점에서 일반인에게 공개된 자료만으로는 아이언맨에 적용될만한 기술을 찾기 어려우므로 가장 우리가 접하기 쉬운 에너지원을 통해 위에서 접근한 방식과 비슷하게 다른 기계 장치를 살펴보며 아이언맨이 어느정도의 동력, 에너지가 필요한지 알아보도록 하겠습니다.

실질적으로 우리는 에너지원으로 리튬이온전지, 납산전지, 니카드, 리튬인산철 등 다양한 종류의 배터리들이나 화석연료(휘발유, 경유, 천연가스 등)에 많이 의존하고 있습니다.

그래서 이런 종류에 근거하여 계산을 하자면 굳이 계산을 해 보지 않아도 엄청난 부피나 무게의 배터리나 화석연료가 필요하다는 것을 알 수 있겠습니다만 그래도 한번 자료를 통해 살펴보도록 하겠습니다.

​참고할만한 자료는 2개입니다. 

 가. 프랑스 프랑키 자파타의 플라잉보드

플라잉보드는 한번 주유에 10분 주행을 할 수 있고 재급유를 해서 22분만에 35km 주행했다고 합니다. 시속 160~170km로 비행할 수 있다고 하지요.

자료 사진을 보시면 아시겠지만 이 장치는 보드 가운데에 5개의 추진체(제트엔진이라고 하는 것 같음)가 있어 이것의 출력 조절을 통해 균형을 유지하는 것으로 추정됩니다.

부츠는 보드에 고정되어 있으며 백팩에 연료를 넣는 방식입니다. 이러한 비행 방식은 멋지게 소형화에는 성공한 것이지만 몇가지 문제점도 보입니다. 

우선 발이 자유롭지 못하며 비행시 공기 저항 등으로 파일럿이 부담하는 하중이 양발에 집중되어 높은 피로도를 느낄 수 밖에 없습니다. 또한 백팩에 연료가 들어가야하기 때문에 파일럿이 짊어질 수 있는 짐은 제한적이 될 수 밖에 없습니다. 또한 5개의 추진체 중 하나만 고장나도 균형을 잃어버리는 구조 같습니다. 추락시에 파일럿은 목숨을 내놔야 할 것 같습니다.

어쨌든 우리는 에너지적인 측면에서 살펴볼 것입니다. 사례를 살펴보면 이 조그만 비행체가 사람을 싣고 10분간 날아다니기 위해서 약20리터의 액체 연료가 필요했음을 알 수 있습니다.

제가 생각하기에 아이언맨 슈트가 이 작은 비행체보다 절대 가볍지 않을 것이고 10분만 날아다니다 연료가 떨어지는 장면을 본 기억도 없네요. 영화에 대한 기억이 좀 더 나면 좋을 것 같은데 다시 돌려보기 할수도 없는 노릇이니 다시 과학자들이 좋아하는 단어인 가정을 해보도록 합시다.

이 작은 비행체는 20kg이고 아이언맨 슈트는 100kg이라고 가정합시다.

그러면 아이언맨 슈트를 입고 10분간 날기 위해서는 100리터의 연료가 필요합니다.

가정을 추가합시다.

아이언맨 슈트는 다양한 기능과 함께 영화에서 보여주듯 고출력의 영웅적인 모습을 보여주어야 하므로 플라잉보드보다 10배의 에너지를 소모한다고 합시다.

그러면 아이언맨 슈트를 입고 10분간 날기 위해서는 1000리터의 연료가 필요합니다.

그런데 이렇게 되면 연료의 무게로 인한 효율 저하도 감안을 하지 않을 수 없습니다. 또 다른 여러가지 문제가 발생하겠지만 어쨌든 다 생략하고 제가 계산을 해 봤을때는 아이언맨 슈트를 움직여 대중앞에서 폼이라도 잡아보기 위해선 적어도 1000리터 이상의 액체연료와 동일한 에너지가 필요하다는 계산입니다.

 나. 농업용 드론 DJI AGRAS MG-1P

액체 연료가 아니라 배터리를 에너지원으로 염두에 둔다면 적재용량이 큰 농업용 드론을 예시로 참고하고 싶다.

표준이륙무게23.8kg에서(배터리 및 최대적재량 10리터를 들고 이륙했을 때를 말하는 듯) 호버링시간 9분이다. 배터리 전압은 44.4V이고 용량은 12,000mAh이다. 배터리 무게만 4kg이다.

* 호버링시간이란 정지 비행을 말함. 

고작 10리터를 들고 가만히 떠 있기만 하는데 배터리 무게는 4kg이다.

실질적으로 적재하중증가에 따라 배터리 무게가 비례하여 증가하지는 않겠지만 어느정도 연관 관계는 있고, 계산의 편의를 위해 적재하중(1리터는 1kg이라고 하자) 증가와 배터리 무게 증가가 비례한다고 하자.

200리터(아이언맨 슈트의 무게와 사람의 무게라고 치고 넉넉히 잡음)를 들기 위해서 필요한 배터리의 무게는 80kg. 

물론 여기서도 다양한 영웅적 모습을 모여주기 위하여 드론보다 소모전력이 10배라고 가정한다면 9분을 가만히 떠있기 위해서 필요한 배터리의 무게는 800kg

 

5. 출력과 기능

왜 아이언맨 슈트에 10배의 소비 전력(에너지)를 계산했는가라고 따지고 싶은가?

아이언맨 슈트는 단순히 비행만을 위한 기능을 가지고 있는 것이 아니기 때문이다.

가. 슈트 내부의 기압 유지 기능

슈트가 급속한 고도의 상승과 하강을 하여도 탑승하고 있는 토니스타크에게 이상 신호가 없는 것은 슈트 내부의 기압을 일정하게 유지하고 있기 때문이다.

나. 슈트 내부의 온습도 유지 기능

겨울철 차안에만 있어도 유리창에 습기로 인해 뿌옇게 되는데 좁은 아이언맨 슈트 안에서 온습도 조절 기능이 없다는 것은 말이 안된다. 외부의 온도가 춥던 덥던간에 내부의 온도와 습도를 조절하여 쾌적하게 만들고 있다고 볼 수 있다.

다. 슈트 내부의 공기질 관리 기능

슈트 내부의 기압을 유지하기 위해서는 밀폐가 필수 옵션이 됩니다. 상당한 고도에서도 별 무리없이 비행을 할 수 있다는 것은 또한 내부의 오염된 공기를 제거하고 필요한 산소 공급이 인위적으로 이루어지고 있다고 생각됩니다.

라. 자비스 인공지능 프로그램

이 똑똑한 친구를 돌리기 위해선 나름대로 전력이 소모되겠죠. 어쩌면 이 친구야 말로 핫한 친구가 아닐까요.

마. 비행기능과 관계된 리펄서광선(손바닥 광선)

리펄서광선으로 비행자세 제어를 하는 장면이 몇번 나옵니다.

기본적으로 아이언맨의 추진 방식은 프로펠러나 제트엔진등을 이용한 현재의 방식과는 다릅니다만 상당한 고출력임에는 분명합니다. 에너지 소모는 효율이 좋을 수는 있지만 더 작은 에너지로 더 큰 에너지를 낼수는 없습니다.

바. 심해나 우주를 유영할 수 있는 기능

몇몇 아이언맨 버젼에서는 심해나 우주를 유영하기도 합니다.

이런 것에는 또 그것에 적합하게 추가 기능들이 필요하겠죠.

사. 자기수복 기능

좀 비현실적이기는 해도 자기수복 기능이 있습니다. 어느정도의 에너지가 필요한지는 짐작조차 하기 어렵습니다.

아. 파츠별 제어 기능(파츠별로 마이크로컴퓨터가 내장되어 사고함)

아이언맨 초기형이긴 합니다만 파츠별로 날아와서 장착되는 장면 기억하실겁니다.

그것은 각 파츠별로 초소형 제어컴퓨터가 들어 있어서 호출자의 위치정보를 수신해 위성 좌표를 통해 자동비행을 할 수 있도록 만든 것이라 볼 수 있습니다. 중간에 장애물도 빠르게 스캔하여 회피해야 하니 상당히 빠르고 강력한 지능이 들어간 것이죠. 이는 요즘 촬영용 드론에도 자동 회피기술로 도입되어 점점 발전하는 추세이니 비슷하게나마 구현이 가능한 기술입니다.

자. HMD(헤드파운트디스플레이) 기본 적용

아이언맨이 가면의 작은 LED 눈동자를 통해 세상을 보고 있다는 분 없으시죠?

가면 속에서 눈앞에 가상의 디스플레이가 띄워져 있고 인공지능 프로그램인 자비스와 연동하여 필요한 정보를 화면 위에 덧씌워 보고 있습니다.

이는 흔히 우리가 말하는 증강현실과 같은 개념입니다.

차. 오줌까지 정화되는 강력한 정수기능....

아이언맨 영화에서도 언급된 적이 있는 강력한 정수기능입니다. 마셔도 된다고 하긴 하던데....

정수기 회사 차려도 성공하시겠습니다 그려 하하.

[마무리하며]

재밌게 보셨나요?

아이언맨 슈트는 너무 많은 기술이 들어간 것이라 분석도 어렵네요.

수십년간 컨셉을 바꾸고 개선하면서 여러가지를 참고한 것이라 여겨집니다.

그나저나 엔드게임에서 토니스타크 죽었는데 다시 살아날 것인지 다른 사람이 계보를 이을 것인지 모르겠네요. 캡틴 아메리카는 늙어버리고요. 

출연료가 너무 뛰어 잘나가는 영웅들은 일단 죽이고 본 것이다라는 말이 있지만 차기작은 어떨까요? 흥미진진합니다.