로버트 고다드
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1. 개요
로버트 고다드는 미국의 물리학자이자 로켓 공학의 선구자이다. 그는 16세에 H. G. 웰스의 소설 《우주 전쟁》을 읽고 우주에 대한 관심을 갖기 시작했으며, 우스터 공과대학교와 클라크 대학교에서 학위를 받았다. 1926년에는 세계 최초로 액체 연료 로켓 발사에 성공했고, 자이로스코프 유도 시스템, 터보펌프 등 현대 로켓 기술의 핵심 요소들을 개발했다. 제2차 세계 대전 중에는 미 해군을 위해 로켓 연구를 수행했으며, 214개의 특허를 취득했다. 고다드는 생전에는 대중에게 널리 알려지지 않았으나, 사후에 현대 로켓 기술의 선구자로 재평가받았고, 고다드 우주 비행 센터, 고다드 고등학교, 고다드 크레이터 등이 그의 이름을 따서 명명되었다.
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| 로버트 고다드 | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
 | |
| 이름 | 로버트 허칭스 고다드 |
| 원어 이름 | Robert Hutchings Goddard |
| 출생 | 1882년 10월 5일 |
| 출생지 | 미국 매사추세츠주 우스터 |
| 사망 | 1945년 8월 10일 |
| 사망지 | 미국 메릴랜드주 볼티모어 |
| 국적 | 미국 |
| 배우자 | 에스터 크리스틴 키스크 (1924년 결혼, 1945년 사망) |
 | |
| 학력 | |
| 교육 | 우스터 폴리테크닉 대학교 클라크 대학교 |
| 경력 | |
| 직업 | 교수 항공우주공학자 물리학자 발명가 |
| 주요 업적 | 최초의 액체 추진 로켓 개발 |
| 수상 | |
| 수상 | 미국 의회 명예 훈장 (1959년) 랭글리 금메달 (1960년) 다니엘 구겐하임 메달 (1964년) |
2. 생애
로버트 허칭스 고다드(Robert Hutchings Goddard, 1882년 10월 5일 ~ 1945년 8월 10일)는 미국의 공학자, 교수, 물리학자, 발명가로, 세계 최초의 액체 연료 로켓을 설계, 제작하고 성공적으로 발사한 선구자이다.[1] 그는 현대 로켓 공학의 아버지 중 한 명으로 널리 인정받는다.[2][3]
매사추세츠주 우스터에서 태어나 어린 시절부터 과학, 특히 우주 비행에 매료되었다. 우스터 공과대학교와 클라크 대학교에서 교육받은 후, 그는 로켓 추진 연구에 몰두했다. 1914년 스미스소니언 협회의 지원을 받아 연구를 본격화했으며, 1919년 로켓의 수학적 이론과 달 탐사 가능성을 다룬 중요한 보고서 《극고도 도달 방법》(A Method of Reaching Extreme Altitudes)을 발표했다. 그러나 당시 그의 연구는 시대를 너무 앞서나가 대중과 언론의 이해를 얻지 못했고, 뉴욕 타임스로부터 로켓이 진공에서 작동할 수 없다는 비과학적인 비판을 받기도 했다.
1926년 3월 16일, 고다드는 매사추세츠주 오번에서 역사상 최초로 액체 연료(휘발유와 액체 산소) 로켓 '넬'(넬) 발사에 성공하며 액체 추진 로켓 시대의 개막을 알렸다. 이 로켓은 약 12.50m 상공까지 비행했다. 이후 실험 과정에서 소음 등으로 인한 민원으로 매사추세츠에서의 실험이 금지되었으나, 유명 비행사 찰스 린드버그의 도움으로 재정 지원을 확보하고 뉴멕시코주 로즈웰로 연구 기지를 옮겨 연구를 지속했다. 로즈웰에서 그는 자이로스코프 유도 시스템, 터보펌프, 다단 로켓 등 현대 로켓 기술의 기초가 되는 여러 혁신적인 기술들을 개발하고 시험했다.
제2차 세계 대전 중에는 미국 해군을 위해 함재기의 이륙을 돕는 JATO(Jet-Assisted Take-Off) 장치 개발에 기여했다. 하지만 그의 연구 대부분은 생전에 충분한 인정을 받지 못했으며, 오히려 나치 독일이 그의 연구를 참고하여 V-2 로켓 개발에 활용하는 역설적인 결과를 낳기도 했다.
고다드는 평생 214개의 특허를 획득했으나, 연구 보안에 대한 우려와 내성적인 성격으로 인해 그의 업적은 사후에야 제대로 평가받기 시작했다. 1945년 후두암으로 사망한 후, 그의 선구적인 공헌은 로켓 기술 발전에 큰 영향을 미쳤다. 1959년 미국 항공 우주국(NASA)은 그를 기리기 위해 고다드 우주 비행 센터를 설립했으며, 1960년 미국 정부는 그의 특허를 미망인으로부터 100만달러에 매입했다. 1969년 아폴로 11호의 달 착륙 직전, 뉴욕 타임스는 과거의 비판 기사에 대해 공식적으로 사과하며 그의 업적을 인정했다. SF 작가 아이작 아시모프는 달 착륙 성공 후 "고다드여, 우리는 달에 있다"라는 말로 그의 공헌을 기렸다.
2. 1. 어린 시절과 교육
매사추세츠주 우스터에서 나훔 댄포드 고다드(1859–1928)와 패니 루이즈 호이트(1864–1920) 사이에서 태어났다. 로버트는 그들의 유일하게 살아남은 자녀였으며, 남동생 리처드 헨리는 척추 기형으로 태어나 돌이 되기 전에 사망했다. 그의 아버지 나훔은 제조업체에 고용되었고 몇 가지 유용한 도구를 발명하기도 했다.[13] 고다드는 1666년 매사추세츠주 워터타운에 정착한 런던 식료품상 윌리엄 고다드(1628–91)를 조상으로 둔 뉴잉글랜드 출신 앵글로 아메리카인 혈통이었다. 어머니 쪽으로는 1600년대 후반 매사추세츠에 정착한 존 호이트와 다른 초기 정착민들의 후손이었다.[14][15]고다드가 태어난 직후 가족은 보스턴으로 이사했다. 그는 5살 때부터 과학에 흥미를 느꼈고, 아버지의 망원경으로 하늘을 관찰하고 새들이 나는 모습을 지켜보며 자연에 대한 호기심을 키웠다. 시골 생활을 좋아했던 그는 아버지를 따라 우스터로 여행가는 것을 즐겼고 사격 실력도 뛰어났다.[87] 1898년, 어머니가 결핵에 걸리자 가족은 맑은 공기를 찾아 우스터로 다시 이사했다. 일요일에는 성공회 교회에 다녔고, 로버트는 성가대원으로 활동했다.
1880년대 미국 도시에 전기가 보급되면서 어린 고다드는 과학, 특히 공학과 기술에 관심을 갖게 되었다. 아버지가 카펫에서 정전기를 일으키는 것을 보여주자 다섯 살 로버트의 상상력은 크게 자극받았다. 그는 건전지의 아연 조각을 가지고 실험했는데, 자갈길에서 발을 문질러 몸을 충전하면 더 높이 뛸 수 있다고 믿었지만 실제로는 그렇지 않았다.[16] 어머니가 "그러다 멀리 날아가서 돌아오지 못할 수도 있다"고 경고하자 실험을 그만두었다.[17] 그는 화학 물질로 실험하다가 집에서 연기 구름을 만들거나 작은 폭발을 일으키기도 했다.[87] 고다드의 아버지는 아들의 과학적 호기심을 북돋아주기 위해 망원경, 현미경을 사주고 과학 잡지 ''사이언티픽 아메리칸''을 구독해주었다.[17] 로버트는 비행에 대한 관심을 키워나가며 연과 기구에 매료되었다. 그는 자신의 작업을 꼼꼼하게 기록하고 문서화하는 습관을 들였는데, 이는 훗날 그의 연구에 큰 자산이 되었다. 16세 때는 집 작업실에서 금속을 가공하여 수소를 채운
2. 2. 초기 연구 활동
우스터 폴리텍 대학교(WPI)에서 물리학을 공부하면서 고다드는 우주 여행에 대한 아이디어를 구체화하기 시작했다. 그는 자신의 생각을 꼼꼼하게 노트에 기록했는데, 여기에는 원심력, 전파, 자기 반응, 태양 에너지, 원자력, 이온 또는 정전기 추진 등 다양한 우주 도달 방법을 고찰한 내용이 포함되어 있었다.[75] 고체 연료 로켓을 실험한 후, 그는 1909년까지 화학 추진제 엔진이 가장 현실적인 해답이라고 확신하게 되었다.[75]액체 연료 로켓의 가능성에 대한 그의 첫 구체적인 글은 1909년 2월 2일에 작성되었다. 고다드는 기존의 화약 로켓보다 효율성을 높이는 방법을 연구했으며, 액체 수소를 연료로, 액체 산소를 산화제로 사용하는 방안을 기록했다. 그는 이러한 액체 추진제를 사용하면 약 50%의 효율(연소 에너지가 배기 가스의 운동 에너지로 변환되는 비율)을 달성할 수 있을 것으로 예상했다.
1912년까지 고다드는 로켓의 무게, 추진체의 무게, 배기 가스의 속도를 바탕으로 수직 비행하는 로켓의 위치와 속도를 계산하는 수학적 공식을 독자적으로 개발했다. 이는 러시아의 콘스탄틴 치올코프스키가 약 10년 전에 발표한 치올코프스키 로켓 방정식과 유사한 것이었으나, 고다드는 여기에 중력과 공기 저항의 영향을 포함시켰다. 그는 "가스가 로켓에서 높은 속도로 분출되고, 로켓의 대부분이 추진체로 구성된다면 놀랍도록 작은 초기 질량이 필요하다"는 결론을 얻었다.[41]
그의 초기 목표는 대기 상층부를 연구하기 위한 사운딩 로켓을 제작하는 것이었다. 이는 기상학 연구에 기여할 뿐만 아니라, 고도에 따른 온도, 밀도, 풍속 등의 데이터를 확보하여 효율적인 우주 발사체 설계에 필요한 기초 자료를 마련하기 위함이었다. 그러나 그는 자신의 궁극적인 목표가 우주 비행이라는 사실을 대외적으로 인정하는 것을 매우 꺼렸다. 당시 대부분의 과학자들은 우주 비행을 비현실적인 목표로 여겼고, 대중 역시 이를 진지하게 받아들일 준비가 되어 있지 않았기 때문이다.[87]
자신의 아이디어를 보호하기 위해 고다드는 특허 확보에 적극적이었다. 1913년 10월 첫 로켓 특허를 출원했고, 1914년에는 두 개의 중요한 특허를 획득했다. 첫 번째 특허(미국 특허 1,102,653)는 고체 연료를 사용하는 다단계 로켓에 관한 것이었고, 두 번째 특허(미국 특허 1,103,503)는 고체 연료 또는 액체 추진제(가솔린과 액체 아산화 질소)를 사용하는 로켓에 관한 것이었다. 이 두 특허는 로켓 공학 역사에서 중요한 이정표로 평가받는다.[25][26]
1914년부터 고다드는 스미스소니언 협회(Smithsonian Institution)로부터 재정 지원을 받아 로켓 모터 설계에 본격적으로 착수했다. 1919년, 스미스소니언 협회는 그의 연구 결과를 담은 보고서 《극고도 도달 방법》(A Method of Reaching Extreme Altitudes)을 출판했다. 이 보고서는 로켓 비행에 대한 고다드의 수학적 이론, 고체 연료 로켓 실험 결과, 그리고 로켓을 이용한 지구 대기 탐사 및 그 너머 우주 공간 탐사의 가능성을 상세히 설명했다. 특히, 스웨덴 발명가 구스타프 드 라발이 고안한 드 라발 노즐을 로켓 엔진에 적용하여 연소 가스의 에너지를 운동 에너지로 변환하는 효율을 기존 2%에서 64%까지 획기적으로 높였으며, 마하 7 이상의 초음속 배기 속도를 달성한 실험 결과를 담고 있었다.[17][39][38]
보고서의 마지막 부분에서 고다드는 로켓을 이용하여 달까지 도달할 수 있다는 아이디어를 제시했다. 그는 사고 실험의 형태로, 달 표면에 섬광 화약을 터뜨려 지구에서 망원경으로 관측하는 방안을 구체적으로 논의하며 필요한 로켓의 초기 질량과 화약의 양까지 계산했다. 그는 초기 질량 3.21ton의 로켓으로 약 4.85kg의 페이로드를 달에 보내 "가시적인" 섬광을 일으킬 수 있다고 결론지었다.[41] 이 보고서는 콘스탄틴 치올코프스키의 연구와 함께 로켓 과학의 선구적인 저작으로 평가받으며, 전 세계 로켓 연구자들에게 큰 영향을 미쳤다.[37][75] 고다드는 우주 여행에 대한 자신의 원대한 구상이 비현실적이라는 비판을 받을 것을 우려하여, 이러한 아이디어는 신뢰하는 소수의 사람들과만 공유하고 대외적으로는 사운딩 로켓 연구에 집중하는 모습을 보였다.[42]
2. 3. 액체 연료 로켓 개발
고다드는 1909년부터 수소와 산소를 포함한 액체 추진제를 고려하기 시작했으나, 1921년에는 당시 액체 수소의 취급 어려움 때문에 상대적으로 안전한 휘발유(가솔린)를 연료로 선택했다.[41] 그는 1921년 9월부터 액체 산화제, 액체 연료 로켓 실험을 시작했으며, 1923년 11월에는 액체 산소와 휘발유를 충돌 분사 방식으로 혼합하는 최초의 액체 추진제 엔진을 성공적으로 시험했다.[41]1924년부터 1925년까지는 연소실로 연료를 보내기 위한 고압 피스톤 펌프 개발에 어려움을 겪었다. 자금 부족으로 실험 규모 확대가 어려워지자, 그는 펌프 개발을 포기하고 불활성 기체 탱크의 압력으로 연료를 공급하는 가압 연료 공급 시스템을 사용하기로 결정했다. 이 방식은 오늘날에도 로켓 기술에 사용되고 있다. 액체 산소는 일부가 기화하면서 발생하는 자체 압력을 이용했다. 1925년 12월 6일, 고다드는 클라크 대학교 물리학 실험실에서 이 가압 공급 시스템을 이용한 정지 시험을 수행했다. 엔진은 27초 동안 작동하며 자체 무게를 성공적으로 들어 올려 액체 연료 로켓의 실현 가능성을 증명했다. 이 성공적인 시험 이후, 그는 실제 로켓 발사를 준비하기 시작했다.
1926년 3월 16일, 고다드는 매사추세츠주 오번에서 세계 최초로 액체 연료(휘발유와 액체 산소)를 사용하는 로켓 발사에 성공했다. 발사 현장에는 그의 아내 에스더 고다드를 포함한 소수의 팀원만이 있었다. 그는 이 역사적인 사건을 일기에 다음과 같이 간결하게 기록했다. "액체 추진제를 사용하는 로켓의 첫 비행이 어제 에피 이모 농장에서 이루어졌다." 나중에 "넬(넬)"이라고 불린 이 로켓은 사람 팔 정도 크기였으며, 2.5초 동안 약 12.50m 높이까지 상승하여 약 56.08m 떨어진 양배추 밭에 떨어졌다. 비록 짧은 비행이었지만, 이는 액체 연료가 로켓 추진에 사용될 수 있음을 보여준 중요한 시연이었다.[55] 발사 장소는 현재 국립 역사 랜드마크인 고다드 로켓 발사 현장으로 지정되어 있다.
'넬' 로켓의 초기 설계는 연소실과 노즐이 로켓 상단에 있고, 연료 탱크가 그 아래에 위치하는 독특한 구조였다. 연료 탱크는 엔진의 뜨거운 배기 가스로부터 보호하기 위해 석면 재질의 원뿔로 덮여 있었다.[56] 그러나 이 설계는 비행 중 불안정하다는 것이 실험을 통해 밝혀졌고, 같은 해 5월까지 이루어진 수정을 통해 연소실과 노즐은 로켓 하단으로 옮겨져 오늘날의 로켓과 유사한 형태가 되었다.[85]
고다드는 로켓을 안정적으로 제어하기 위해 일찍부터 자이로스코프를 이용한 유도 시스템의 필요성을 인식했다. 그는 자이로스코프로 제어되는 배기구의 작은 날개(베인)를 움직여 로켓의 방향을 조종하는 방식을 고안했다. 이 기술은 훗날 독일의 V-2 로켓 개발에도 영향을 미쳤다. 또한 그는 더 강력한 추력을 얻기 위해 터보펌프를 도입하여 연료와 산화제를 연소실로 공급하는 방식을 연구했는데, 이는 현대 대형 액체 연료 로켓의 핵심 기술이 되었다.[85]
1929년 매사추세츠주 우스터에서 진행된 로켓 실험 중 발생한 소음과 섬광으로 인해 구경꾼들이 몰려들고 소방서에 신고되는 소동이 벌어졌다. 현장에 온 기자들에게 고다드는 과장된 기사를 쓰지 말아 달라고 부탁했지만, 지역 신문은 "달 로켓, 238,799.5 마일 목표를 잃다"와 같은 자극적인 제목으로 마치 달 탐사 로켓이 실패하여 폭발한 것처럼 오보를 냈다. 실제로는 로켓이 예정된 고도까지 성공적으로 비행한 후 지상에 낙하한 것이었지만, 이 사건으로 인해 고다드는 매사추세츠주 내에서 로켓 발사 실험을 금지당하는 어려움을 겪었다. 그러나 이 소동을 계기로 그의 연구에 관심을 갖게 된 유명 비행사 찰스 린드버그가 나서서 재정 지원을 주선해주었고, 덕분에 고다드는 1930년 여름, 보다 넓고 인적이 드문 뉴멕시코주 로즈웰 근처의 에덴 밸리로 실험장을 옮겨 연구를 계속할 수 있었다.[63] 로즈웰은 인적이 드물고 기후가 온화하여 비밀리에 연구를 진행하고 고다드의 건강에도 더 유리한 환경을 제공했다.
로즈웰에서 고다드의 로켓은 점차 유선형 동체와 꼬리 날개를 갖춘 친숙한 모습으로 발전했다. 그는 자이로스코프 유도 시스템 개발에 집중하여 1932년 4월 첫 비행 시험을 실시했다. 로켓 자체는 짧게 상승한 후 추락했지만, 짐벌에 장착된 자이로스코프가 배기구의 조종 날개를 제어하는 시스템은 성공적으로 작동함을 확인했다. 이는 10여 년 후 독일 V-2 로켓에 사용된 시스템과 유사한 방식이었다.
대공황으로 인해 구겐하임 재단의 자금 지원이 일시적으로 중단되면서 1932년 봄부터 1934년 가을까지 클라크 대학에서 잠시 강의를 맡기도 했으나, 자금 지원이 재개되자 로즈웰로 돌아와 A 시리즈 로켓 개발에 박차를 가했다. 이 로켓들은 질소 가스로 가압된 휘발유와 액체 산소를 사용했으며, 자이로스코프 제어 시스템은 추진제 탱크 사이에 위치했다.[66] 1935년 3월 28일 발사된 A-5 로켓은 자이로스코프 유도 시스템을 사용하여 약 1463.04m 고도까지 성공적으로 비행했다.[41]
1936년부터 1939년까지 고다드는 더 크고 높은 고도에 도달하도록 설계된 K 및 L 시리즈 로켓 개발에 착수했다. K 시리즈는 주로 더 강력한 엔진의 지상 연소 시험에 집중되었고, 1936년 2월에는 약 283.04kg의 추력을 달성했다.[67] 이 과정에서 연소실이 타버리는 문제(burn-through)가 발생했다. 고다드는 1923년에 연소실 외부로 액체 산소를 순환시켜 냉각하는 재생 냉각 방식을 고안했지만 너무 복잡하다고 판단하여, 대신 연소실 내벽 주위에 과량의 연료를 분사하여 증발시키며 냉각하는 막 냉각(curtain cooling) 방식을 사용했다. 그러나 이 방식은 큰 로켓에서는 효과적이지 못했고, 연소실 문제로 어려움을 겪었다. 결국 그는 다시 작은 로켓 설계로 돌아갔고, L-13 로켓은 약 2.74km (약 2712.72m) 고도에 도달하여 그가 만든 로켓 중 가장 높은 고도를 기록했다. 로켓 무게를 줄이기 위해 얇은 벽의 연료 탱크를 고장력 강선으로 감싸 보강하기도 했다.[66]
고다드는 현대 대형 로켓의 여러 특징들을 실험했다. 1936년 11월에는 단일 연소실의 크기를 키우지 않고 추력을 높이기 위해 4개의 연소실을 가진 세계 최초의 다중 연소실 로켓(L-7)을 발사했다. 이 로켓은 약 60.96m 고도까지 상승하며 비행 경로를 성공적으로 수정했지만, 연소실 하나가 타버리면서 비행이 종료되었다. 이 실험은 다중 연소실 로켓의 비행 안정성과 제어 가능성을 보여주었다.[66] 1937년 7월에는 유도 날개 대신, 연소실과 노즐 전체를 움직여 방향을 제어하는 추력 편향 제어(thrust vectoring) 방식과 유사하게, 움직이는 꼬리 부분(movable tail section)을 실험했다. 비행 고도는 낮았지만, 바람 변화로 인한 비행 경로 이탈을 성공적으로 수정하는 모습을 보였다.[75]
1940년부터 1941년까지는 추진제 터보펌프를 사용하는 P 시리즈 로켓 개발에 집중했다. 터보펌프는 더 높은 압력으로 연료를 공급하여 더 강력한 엔진과 가벼운 로켓 구조(가압 탱크 불필요)를 가능하게 했지만, 두 차례의 발사 시험은 모두 낮은 고도에서 추락으로 끝났다. 그럼에도 터보펌프 자체는 성공적으로 작동하여 고다드는 만족했다.[66] 터보펌프 개발 초기, 외부 업체의 도움을 받으려 했으나 소형 고성능 펌프 개발에 드는 비용 때문에 관심을 보이는 곳이 없었다. 결국 고다드 팀은 1938년 9월부터 1940년 6월까지 자체적으로 터보펌프와 이를 구동하기 위한 가스 발생기를 설계하고 시험해야 했다. 이 과정은 매우 힘들고 좌절이 많았다고 그의 아내 에스더는 회고했다.
고다드의 많은 로켓 시험 비행은 엔진 고장이나 제어 실패로 인해 외부에서 보기에는 실패처럼 보였을 수 있다. 그러나 고다드 자신은 모든 시험에서 무언가를 배웠다고 생각했기에 실패로 여기지 않았다.[63] 그의 연구 대부분은 실제 비행 전에 지상에서 이루어지는 정적 시험(static test)을 포함했으며, 이는 오늘날 로켓 개발의 표준 절차이다.
=== 주요 로켓 발사 기록 (1926–1941) ===
다음은 고다드가 1926년부터 1941년까지 진행한 주요 액체 연료 로켓 발사 기록이다.[3]
2. 4. 제2차 세계 대전과 말년
제2차 세계 대전이 발발하자 고다드는 미국 해군을 위해 로켓 공학 연구를 제안했다. 처음 해군은 그의 연구 가치를 제대로 평가하지 못했으나, 중위 찰스 F. 피셔(Charles F. Fischer)의 노력으로 1941년 9월, 항공국은 고다드에게 함재기를 짧은 활주로에서 이륙시키는 JATO(Jet-Assisted Take-Off) 장치 개발을 의뢰했다. 고다드는 뉴멕시코주 로즈웰에서 PBY 수상기용 가변 추력 엔진 개발에 착수하여 1942년 5월까지 해군의 요구 사항을 충족하는 장치를 완성했다.1942년 4월, 해군은 모든 로켓 연구를 메릴랜드주 아나폴리스의 공학 실험소로 통합하기로 결정했다. 고다드는 습한 기후가 건강에 악영향을 줄 것을 우려했지만, 애국심에서 이전을 받아들였다. 아나폴리스에서 JATO 엔진 시험을 계속하던 중, 1942년 8월 PBY 수상기를 이용한 일곱 번째 시험 비행에서 엔진 화재 사고가 발생했다. 다행히 고다드가 미리 설치한 안전 장치 덕분에 폭발이나 인명 피해는 없었으며, 사고 원인은 성급한 설치와 거친 취급으로 밝혀졌다. 결국 해군은 더 저렴하고 안전한 고체 연료 JATO 엔진을 채택하게 되었다. 한 엔지니어는 당시 상황을 "고다드의 로켓을 수상기에 부착하는 것은 독수리를 쟁기에 묶는 것과 같았다"고 비유하기도 했다.
JATO 프로젝트 외에도 고다드는 해군을 위해 다른 연구를 수행했다. 그의 팀은 과산화수소 추진제(아닐린 연료와 질산 산화제)를 사용하는 엔진의 펌프 개발에 참여했으며,[75] 이 기술은 리액션 모터스(RMI)에 전달되어 추가 개발에 활용되었다.[75] 고다드는 1942년부터 1945년까지 RMI와 기술 자문 등으로 협력했다.[85] 또한 해군의 요청으로 가변 추력 로켓 엔진 개발을 계속하여 1944년 11월에는 성공적인 시연을 마쳤다. 이 엔진은 추력을 자유롭게 조절하고 재시동이 가능하여 해군의 요구 사항을 뛰어넘는 성능을 보였으며, 로켓 비행기 추진 제어 시스템의 중요한 기초를 마련했다.[41] 제2차 세계 대전 이후 고다드의 팀과 일부 특허는 커티스-라이트사로 이전되어 벨 X-2 연구용 로켓 비행기의 엔진 개발에 기여했다.[41]
1943년 8월, 고다드는 해군 업무에 집중하고 후두암으로 인한 목소리 문제 등으로 인해 클라크 대학교 교수직을 사임했다.[75] 메릴랜드의 습한 기후는 그의 건강을 더욱 악화시켰고, 1945년 후두암 진단을 받았다. 그는 수술이 필요할 정도로 상태가 악화되었음에도 연구를 멈추지 않았으나, 결국 1945년 8월 10일 메릴랜드주 볼티모어에서 62세의 나이로 사망했다.[95] 고다드는 그의 고향인 매사추세츠주 우스터의 호프 묘지에 안장되었다.[96]
3. 비밀 유지
고다드는 자신의 연구 내용을 다른 과학자들과 공유하는 것을 꺼리고, 자신의 기술자들과 함께 일하는 것을 선호했다.[84] 이러한 비밀 유지 성향은 그가 겪었던 언론과 일부 과학계의 비판 및 조롱과 무관하지 않았다.
1936년 8월, 당시 캘리포니아 공과대학교(칼텍)에서 로켓 공학을 연구하던 프랭크 말리나가 고다드를 방문했을 때, 고다드는 이미 출판된 《Liquid-Propellant Rocket Development|액체 추진제 로켓 개발eng》의 내용 외에는 자신의 연구에 대해 자세히 이야기하기를 주저했다. 말리나의 지도 교수였던 테오도어 폰 카르만은 고다드의 이러한 태도에 불만을 표하며 "비밀주의의 문제는 사람이 잘못된 방향으로 쉽게 갈 수 있고, 그것을 결코 알 수 없다는 것"이라고 지적하기도 했다.[86] 그러나 폰 카르만은 다른 한편으로 말리나가 고다드 방문 후 "매우 열광했다"고 언급했으며, 칼텍은 고다드의 연구와 특허를 바탕으로 자신들의 액체 추진 로켓 설계를 수정했다. 말리나 자신은 고다드의 방문이 우호적이었고, 작업장의 몇몇 부품을 제외하고는 대부분 볼 수 있었다고 회상했다.[17]
고다드의 비밀주의는 다른 과학자 및 엔지니어와의 협력 부족으로 이어져 비판의 대상이 되기도 했다. 그는 다른 사람의 간섭 없이 자신의 아이디어를 독자적으로 개발하는 것이 기술 지원을 덜 받더라도 더 빠른 결과를 가져올 것이라고 생각했다. 제2차 세계 대전 이후 폰 브라운 팀과 함께 일하게 된 로켓 과학자 조지 서튼은 자신과 동료들이 고다드의 연구에 대해 거의 알지 못했으며, 그의 연구 내용을 미리 알았더라면 시간을 절약할 수 있었을 것이라고 말했다. 다만 서튼은 고다드의 특허를 찾아보지 않고 독일 팀의 지식에 의존한 것은 자신들의 잘못일 수 있다고 인정하면서, 당시 미국 내에서 고다드의 특허 정보가 제대로 유통되지 않았다고 덧붙였다. (특허청은 제2차 세계 대전 중 로켓 관련 특허를 공개하지 않았다.)[85]
고다드가 비밀을 유지하려 했던 데에는 여러 이유가 있었다. 그는 1920년대 초 자신의 연구, 특히 달 탐사 가능성에 대한 언급 이후 언론으로부터 받은 비판과 조롱이 자신의 전문적인 평판을 해쳤다고 믿었다. (자세한 내용은 #뉴욕 타임스의 비판과 사과 참조) 또한 그는 로켓 공학에 대한 이해도가 자신보다 낮은 사람들과의 토론에 시간을 쏟는 것을 꺼렸고, 과거 앓았던 결핵으로 인해 건강이 좋지 않아 남은 시간이 많지 않다고 생각했다. 1932년 H. G. 웰스에게 보낸 편지에서 그는 "이 문제에 대해 얼마나 더 많은 해를 일할 수 있을지 모르겠습니다. ... '별을 향해' 목표를 삼는 것은 문자 그대로 그리고 비유적으로 여러 세대에 걸쳐 지속될 문제이므로, 아무리 많은 진전을 이루더라도 항상 막 시작하는 스릴이 있습니다."라고 쓰기도 했다.[87] 그는 기본적인 원리에 대해서는 강연이나 논문을 통해 발표하고 특허를 냈지만, 로켓을 성공적으로 높은 고도까지 발사하여 이론을 증명하기 전까지는 설계의 세부 사항을 공개하지 않으려 했다. 또한 그는 동료 과학자들이 우주 비행을 비과학적인 주제로 여긴다고 생각하여, 우주 비행에 대한 직접적인 언급을 피하고 고고도 연구에 대해서만 이야기하는 경향이 있었다. 연구의 상당 부분이 군사적 목적과 관련되어 기밀을 유지해야 했던 점[75][89]도 비밀 유지의 한 요인이었다.
그러나 고다드의 비밀주의가 절대적인 것은 아니었다. 1945년, 캘리포니아 공과대학교 부설 구겐하임 항공 연구소(GALCIT)가 미 육군을 위해 WAC 코퍼럴 로켓을 개발하던 중 액체 연료 엔진 성능 문제에 부딪히자, 프랭크 말리나가 도움을 요청했고 고다드는 기꺼이 조언을 제공하여 문제 해결에 기여했다.[90] 또한 제1차 세계 대전과 제2차 세계 대전 동안 그는 자신의 기술과 특허를 군에 제공하며 협력했다.[91]
말년에 고다드는 더 이상 혼자서는 의미 있는 연구 진전을 이루기 어렵다는 것을 깨닫고, 미국 로켓 학회(American Rocket Society)에 가입하여 이사로 활동했다. 그는 커티스-라이트(Curtiss-Wright)와 같은 성장하는 항공우주 산업체와 협력할 계획을 세우기도 했다.
3. 1. 뉴욕 타임스의 비판과 사과
1919년 말, 스미소니언 협회는 고다드의 획기적인 연구인 《극고도 도달 방법》(A Method of Reaching Extreme Altitudeseng)을 출판했다. 이 보고서는 로켓 비행에 대한 고다드의 수학적 이론, 고체 연료 로켓 실험, 지구 대기 및 그 너머 탐사 가능성을 설명했다.[37] 보고서의 마지막 부분에서는 달에 로켓을 보내 표면에 섬광 화약을 터뜨려 망원경으로 관측하는 아이디어를 사고 실험으로 제시했다.[40][41]고다드의 논문은 출판 후 미국 신문들의 전국적인 관심을 받았으나, 대부분 부정적이었다. 특히 달 탐사 아이디어는 전체 보고서의 작은 부분이었음에도 불구하고, 신문들은 이를 과장하고 조롱했다.[17]
1920년 1월 12일, 뉴욕 타임스는 1면 기사 "로켓이 달에 도달할 수 있다고 믿는다"에서 스미소니언의 보도 자료를 인용하며 고다드의 연구를 소개했다.[46] 그러나 바로 다음 날인 1월 13일, 뉴욕 타임스는 "타임스 화제(Topics of the Times)"라는 제목의 사설에서 고다드의 제안을 공개적으로 비웃었다. 이 사설은 진공 상태에서는 로켓을 추진시킬 매질이 없으므로 작용 반작용의 법칙이 성립하지 않아 우주 비행이 불가능하다고 주장하며, "고다드가 고등학교에서 배워야 할 지식을 가지고 있지 않은 것 같다"고 비난했다.[47][49] 이는 기본적인 로켓 추진 원리에 대한 명백한 오해였으나, 당시에는 이러한 비판이 널리 받아들여졌다.
고다드는 이러한 비판에 대응하기 위해 노력했다. 그는 AP통신에 성명서를 발표하여 연구의 주된 목적이 대기 탐사임을 강조했고,[51] 1924년에는 파퓰러 사이언스지에 "내 속도 로켓이 어떻게 진공 속에서 스스로 추진할 수 있는가"라는 기사를 게재하여 로켓 추진의 과학적 원리를 설명하고 실험 결과를 제시했다.[52] 하지만 이러한 노력에도 불구하고 언론과 대중의 조롱은 계속되었다. 1929년 우스터의 한 지방 신문은 고다드의 로켓 실험 실패를 보도하며 "달 로켓, 238,799.5 마일 목표를 잃다"라는 조롱 섞인 헤드라인을 싣기도 했다.[53]
수십 년 후, 인류의 달 탐사가 현실이 되면서 고다드의 선구적인 연구는 재평가받았다. 1969년 7월 17일, 아폴로 11호가 달을 향해 발사된 다음 날, 뉴욕 타임스는 49년 전 자신들의 오류를 인정하는 "정정(A Correction)"이라는 제목의 짧은 기사를 게재했다. 이 기사에서 뉴욕 타임스는 "추가적인 조사와 실험을 통해, 17세기 아이작 뉴턴의 발견이 확인되었으며, 로켓이 대기뿐만 아니라 진공에서도 작동할 수 있다는 것이 이제 명백히 입증되었다. 타임스는 (과거 사설의) 오류에 대해 유감을 표명한다"고 밝혔다.[54] 이는 과학적 선구자에 대한 언론의 성급한 비판과 후대에 이루어진 명예 회복을 보여주는 대표적인 사례로 남게 되었다.
4. V-2 로켓과의 관계
제2차 세계 대전 중 나치 독일은 로버트 고다드의 연구에 큰 관심을 보였다. 미국 육군은 고다드의 연구 가치를 제대로 파악하지 못했지만, 독일 군사 정보기관인 아프베어는 달랐다. 고다드 부부는 우편물이 개봉되거나 분실되는 것을 감지했으며, 실제로 독일은 스파이를 통해 고다드의 연구 정보를 수집하려 했다. 1936년 주미 독일 무관이었던 프리드리히 폰 뵈티허는 고다드에 대한 보고서를 아프베어에 보냈고, 스파이 구스타프 귈리히는 로스웰 발사 실험을 참관했다고 주장하며 정보를 보냈다.[72][17] 귈리히의 보고서에는 연료 혼합물과 연료 커튼 냉각 같은 중요한 개념이 포함되어 있었다.[73] 소련 역시 미국 해군 항공국 내 스파이를 통해 1935년 고다드가 해군에 제출한 보고서를 입수하여 그의 연구 진행 상황을 파악했다.[74]
독일의 과학자 베르너 폰 브라운이 이끈 페네뮌데 육군 연구 센터는 고다드를 비롯한 선구자들의 연구와 막대한 국가적 지원, 노예 노동력까지 동원한 대규모 생산 시설, 반복적인 비행 실험을 통해 V-2 로켓을 개발했다.[75] 독일은 고다드의 연구 성과를 주시하며 대형 액체 연료 로켓 개발에 확신을 얻었고, V-2 프로젝트 책임자였던 발터 도른베르거 장군은 미국과의 경쟁을 내세우며 히틀러에게 V-2 프로젝트의 중요성을 설득했다.
1945년 봄, 고다드는 메릴랜드주 아나폴리스의 해군 연구소에서 하르츠 산맥의 미텔베르크 공장에서 노획된 독일의 V-2 로켓을 직접 조사할 기회를 가졌다.[79] 그는 V-2의 기본 설계가 자신의 로켓과 유사하다는 점을 확인하고 독일이 자신의 연구를 도용했다고 확신했다. 물론 V-2는 고다드의 로켓보다 기술적으로 훨씬 진보한 상태였다.
전후 베르너 폰 브라운은 고다드의 업적을 높이 평가하며 그의 연구가 V-2 개발에 중요한 영향을 미쳤음을 인정했다. 폰 브라운은 1963년 로켓 역사를 회고하며 "그의 로켓은 ... 오늘날의 기준으로는 다소 조잡했을지 모르지만, 길을 개척했고 우리의 가장 현대적인 로켓과 우주선에 사용되는 많은 기능을 통합했다."[80]고 말했다. 그는 또한 "고다드의 액체 연료 실험은 수년간의 노력을 절약했고, 우리가 V-2를 가능했을 때보다 몇 년 전에 완성할 수 있게 해주었다"[81]고 회상하기도 했다. 폰 브라운은 고다드의 특허에 대형 미사일 제작에 충분한 기술 정보가 담겨 있다고 보았다.[82]
구체적으로 고다드가 개발한 다음 세 가지 기술이 V-2 로켓에 적용되었다.[83]
# '''터보펌프를 이용한 연료 공급:''' 연소실에 연료를 효율적으로 주입했다.
# '''자이로스코프 제어:''' 로켓 노즐 내부에 설치된 베인(날개)을 자이로스코프로 제어하여 초기 발사 시 자세를 안정시켰다. 이는 공기 저항이 충분해 외부 날개로 제어가 가능해질 때까지 작동했다.
# '''연료 막 냉각(Curtain Cooling):''' 연소실 벽 주위에 여분의 알코올 연료를 흘려보내 기화시키면서 발생한 가스 막으로 연소열로부터 엔진 벽을 보호했다.
그러나 독일이 막대한 전쟁 자금을 V-2 개발에 쏟아부은 것은 군사 전략적으로는 실수였다는 평가도 있다. V-2는 목표물에 대한 정확도가 낮아 효과적인 군사 무기라기보다는 공포심을 조장하는 테러 무기에 가까웠으며, 그 자원을 다른 무기 개발에 사용하는 것이 더 효율적이었을 것이라는 지적이다.
5. 유산 및 평가
고다드의 연구는 시대를 너무 앞서갔기 때문에, 동시대 사람들로부터 충분한 이해를 받지 못하고 때로는 매드 사이언티스트 취급을 받거나 조롱의 대상이 되기도 했다. 특히 1920년에 발표한 논문 《초고공에 도달하는 방법》에서 로켓이 진공 상태인 우주 공간에서도 추진될 수 있다고 주장하자, 뉴욕 타임스는 물질이 존재하지 않는 진공 속에서는 로켓을 추진시킬 수 없다는 것이 상식이라며, "고다드가 고등학교에서 배워야 할 지식을 가지고 있지 않은 것 같다"고 강하게 비판했다.[113] 이러한 언론과 일부 과학계의 비판과 오해는 고다드가 다른 사람들을 불신하고 연구를 혼자 진행하게 만드는 한 원인이 되었다.
제2차 세계 대전 중 고다드는 미국 해군을 위해 로켓 공학 연구를 진행했지만, 해군은 함재기를 짧은 활주로에서 이륙시키는 보조 로켓을 제외하고는 그의 연구 가치를 제대로 알아보지 못했다. 아이러니하게도 그의 연구에 더 큰 관심을 보인 것은 나치 독일이었으며, 베르너 폰 브라운과 같은 독일 과학자들은 고다드의 이론을 참조하여 V2 로켓을 개발하는 데 활용했다. 내성적이고 소극적인 성격 탓에 그의 획기적인 연구들은 생전에 큰 주목을 받지 못했다.
1945년 후두암으로 사망한 후, 로켓 기술의 중요성이 점차 인식되면서 고다드의 업적이 재조명되기 시작했다. 그는 총 214개의 특허를 받았는데, 이 중 131개는 그가 세상을 떠난 후에야 인정받았다.[97] 1960년, 미국 정부는 그의 특허 전체를 미망인으로부터 100만달러에 매입하여 국가적 차원에서 그의 기술을 활용하기 시작했다.
1969년 아폴로 11호의 달 착륙을 하루 앞두고, 뉴욕 타임스는 49년 전에 게재했던 고다드 비판 사설을 공식적으로 철회했다. 신문은 "17세기 아이작 뉴턴의 실험 결과를 확인했고, 대기 중에서와 마찬가지로 진공 상태에서도 로켓을 추진할 수 있는 것은 명확하게 확인되었다"고 밝히며, 과거 작용·반작용 법칙을 잘못 해석했던 오류를 인정하고 후회한다는 내용의 정정 기사를 발표했다.[113][114] 아폴로 11호가 달에 도달했을 때, SF 작가 아이작 아시모프는 세상을 떠난 고다드를 향해 "고다드여, 우리는 달에 있다"라는 말을 남기며 그의 선구적인 업적에 경의를 표했다.
오늘날 고다드는 현대 로켓 공학의 아버지 중 한 명으로 평가받는다. 그의 연구는 미국 우주 프로그램에 큰 영향을 미쳤으며, 로버트 트루엑스(미 해군), 밀턴 로젠(해군 연구소 및 NASA), 우주 비행사 버즈 올드린과 짐 러벨, NASA 비행 관제사 진 크란츠, 천체 역학자 사무엘 헤릭(UCLA), 그리고 장군 지미 둘리틀(미 육군 및 NACA) 등 많은 이들에게 영감을 주었다.[98][91] 특히 버즈 올드린은 아폴로 11호를 타고 달로 가는 역사적인 여정에 고다드의 작은 전기를 가지고 갔다.[99]
고다드를 기리기 위해 여러 상과 시설, 장소 등에 그의 이름이 붙여졌다.
- 스미소니언 협회 랭글리 금메달 (1960년 수상)[11]
- 미국 의회 금메달 (1959년 9월 16일 수상)[11]
- 고다드 우주 비행 센터: 메릴랜드주 그린벨트에 위치한 NASA 시설로, 1959년 설립되었다.
- 고다드 크레이터: 달에 있는 크레이터.[100]
- 로버트 H. 고다드 도서관: 클라크 대학교 도서관 내 기록 보관소 및 특별 컬렉션 구역.[101]
- 로버트 H. 고다드 고등학교: 뉴멕시코주 로즈웰에 1965년 완공.[102] 학교 마스코트는 "로켓"이다.[103]
- 고다드 로켓 발사 현장: 매사추세츠주 오번에 위치하며, 국가 역사 랜드마크로 지정되었다. 현재는 골프장 부지이다.[104]
- 뉴 고다드: 블루 오리진에서 개발한 재사용 가능한 로켓 시제품.[106]
- 스타 트렉: 더 넥스트 제네레이션에 등장하는 셔틀 크래프트 고다드.
- 기타: 매사추세츠주 우스터의 웜타운 양조장에서 만든 '로켓' 에일[107], 공군 예비대 생도에게 수여되는 '닥터 로버트 H. 고다드 상'[108] 등.
고다드의 주요 선구적인 업적은 다음과 같다.
6. 연표
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| 연도 | 내용 |
|---|---|
| 1882년 10월 5일 | 매사추세츠주 우스터에서 출생 |
| 1901년 ~ 1904년 | 사우스 커뮤니티 고등학교 재학 및 졸업 |
| 1904년 ~ 1908년 | 우스터 폴리테크닉 대학교에서 물리학 학사 학위 취득 |
| 1909년 ~ 1910년 | 클라크 대학교에서 물리학 석사 학위 취득 |
| 1910년 ~ 1911년 | 클라크 대학교에서 물리학 박사 학위 취득 |
| 1913년 | 프린스턴 대학교 파머 물리 실험실 특별 연구원으로 임용 |
| 1914년 | 스미스소니언 협회 지원으로 로켓 모터 설계 착수 |
| 1919년 | 《고고도 도달 방법》(A Method of Reaching Extreme Altitudeseng) 출판 |
| 1920년 1월 12일 | 뉴욕 타임스에 고다드의 연구를 비판하는 기사 게재됨 |
| 1924년 6월 21일 | 에스터 크리스틴 키스크(Esther Christine Kiskeng)와 결혼 |
| 1926년 3월 16일 | 매사추세츠주 어번(Auburneng)에서 세계 최초의 액체 연료 로켓 넬 발사 성공 |
| 1929년 | 우스터 로켓 실험 소동 발생, 매사추세츠주 내 로켓 발사 실험 금지됨 |
| 1930년 | 찰스 린드버그의 도움으로 뉴멕시코주 로즈웰로 이주하여 로켓 연구 지속 |
| 제2차 세계 대전 중 | 미국 해군을 위한 로켓 공학 연구 수행 (주로 함재기 이륙 보조 로켓) |
| 1945년 8월 10일 | 후두암으로 사망 |
| 1960년 | 미국 정부, 고다드의 특허 214개를 미망인으로부터 100만달러에 매입 |
| 1969년 7월 17일 | 뉴욕 타임스가 1920년 기사에 대해 공식 사과 발표 |
7. 주요 특허
우스터의 기술 및 제조 환경에서, 특허는 독창적인 작업을 보호할 뿐만 아니라 최초 발견의 증거로 여겨졌다. 고다드는 자신의 아이디어가 지적 재산으로서 중요하다는 것을 깨닫고, 다른 사람이 먼저 아이디어를 사용하여 그 대가를 지불해야 하는 상황을 막기 위해 아이디어를 확보하기 시작했다. 1913년 5월, 그는 첫 번째 로켓 특허 출원을 위한 설명을 작성했고, 그의 아버지가 이를 우스터의 특허 변호사에게 전달하여 아이디어를 개선하는 데 도움을 받았다. 고다드의 첫 특허 출원은 1913년 10월에 이루어졌다.
1914년, 그의 첫 두 개의 획기적인 특허가 승인 및 등록되었다. 첫 번째 특허 US1102653는 고체 "폭발성 물질"을 연료로 사용하는 다단계 로켓에 관한 것이었다. 두 번째 특허 US1103503는 고체 연료(폭발성 물질) 또는 액체 추진제(가솔린 및 액체 아산화 질소)를 사용하는 로켓에 관한 것이었다. 이 두 특허는 로켓 공학 역사에서 중요한 이정표가 되었다.[25][26] 고다드는 평생 연구를 통해 총 214개의 특허를 받았으며, 이 중 131개는 그가 사망한 후 부인 에스더 고다드에 의해 출판되었다.[97]
가장 영향력 있는 특허 중 일부는 다음과 같다.
| 특허 번호 | 특허명 |
|---|---|
| US1102653 | 로켓 장치 (Rocket apparatus) |
| US1103503 | 로켓 장치 (Rocket apparatus) |
| US2395113A | 로켓 장치에 연소 액체를 공급하는 메커니즘 (Mechanism for feeding combustion liquids to rocket apparatus) |
| US2397657A | 로켓 장치 제어 메커니즘 (Control mechanism for rocket apparatus) |
| US2397659A | 로켓 장치 제어 메커니즘 (Control mechanism for rocket apparatus) |
| US2511979A | 진공관 수송 시스템 (Vacuum tube transportation system) - E. C. 고다드 |
1951년, 구겐하임 재단과 고다드의 유족은 고다드의 주요 특허 3건에 대한 침해를 이유로 미국 정부를 상대로 소송을 제기했다.[97] 1960년, 양측은 소송을 해결하기로 합의했고, 미군과 NASA는 100만달러의 보상금을 지불했다. 이 금액의 절반은 그의 아내 에스더에게 돌아갔다. 당시 이 금액은 특허 소송에서 미국 정부가 지불한 가장 큰 규모의 합의금이었으며,[97] 고다드가 평생 자신의 연구를 위해 받은 모든 자금을 합친 것보다 많은 액수였다.
8. 같이 보기
- 로켓
- 액체 연료 로켓
- 우주 비행
- 스미소니언 협회
- 클라크 대학교
- 콘스탄틴 치올콥스키
- 헤르만 오베르트
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