파이크리트
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1. 개요
파이크리트는 물과 펄프를 혼합하여 만든 복합 재료로, 얼음보다 강도가 높고 녹는 속도가 느려 대형 항공모함 건조를 위한 재료로 연구되었다. 제2차 세계 대전 중 제프리 파이크의 제안으로 개발되었으며, 캐나다에서 실험이 진행되었으나, 자금 부족과 기술적 문제로 인해 실용화되지는 못했다. 이후 건축 분야에서 파이크리트를 활용하려는 시도가 있었으며, 2011년에는 오스트리아에서 파이크리트 얼음 돔이 건설되기도 했다. 파이크리트는 여러 미디어에서 소개되었으며, 과학 다큐멘터리에서도 다루어졌다.
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| 파이크리트 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 유형 | 복합 재료 |
| 구성 요소 | 얼음, 톱밥 (또는 기타 목재 펄프) |
| 발명가 | 제프리 파이크 |
| 개발 | 막스 페로 |
| 용도 | 선박 건조, 특히 항공모함 |
| 특성 | |
| 밀도 | 약 1.1 g/cm³ |
| 강도 | 일반 얼음보다 훨씬 높음 |
| 열전도율 | 얼음보다 낮음 |
| 녹는점 | 일반 얼음과 동일 (0°C) |
| 제작 용이성 | 저온 환경에서 물과 톱밥을 혼합하여 냉동 |
| 역사 | |
| 개발 배경 | 제2차 세계 대전 중 항공모함 건조를 위한 대체 재료 필요 |
| 하바쿡 프로젝트 | 파이크리트를 사용하여 거대한 항공모함 건조 계획 |
| 프로젝트 중단 이유 | 비용 문제 더 나은 대안 등장 |
| 장단점 | |
| 장점 | 높은 강도 저렴한 비용 쉽게 구할 수 있는 재료 물에 뜨는 성질 |
| 단점 | 깨지기 쉬움 저온 유지 필요 대량 생산의 어려움 |
| 기타 | |
| 관련 인물 | 제프리 파이크 막스 페로 |
| 관련 프로젝트 | 하바쿡 프로젝트 |
| 참고 자료 | 여러 과학 서적 및 전쟁 역사 자료 |
2. 역사
2. 1. 제2차 세계 대전
제프리 파이크는 1942년경 자신의 제안(파이크리트 발명 이전)을 마운트배튼 경에게 설득하는 데 성공했고, 캐나다 앨버타에서 시험이 이루어졌다.[3] 캐나다 로키 산맥의 패트리샤 호수에서 일반 얼음으로 1,000톤급 배를 건조했으나, 강도가 약하다는 문제점이 발견되었다.[3] 헤르만 마크와 그의 조수는 물과 나무 섬유를 섞어 얼리면 순수한 물 얼음보다 훨씬 강한 고체 덩어리가 형성된다는 사실을 발견했다.[3]맥스 페루츠는 "4%의 나무 펄프만 포함된 얼음 블록은 무게당 콘크리트만큼 강했다. ... 우리가 2피트 정사각형, 1피트 두께의 순수 얼음 블록에 소총 탄환을 발사했을 때, 블록은 산산이 부서졌다. 파이크리트에서는 총알이 작은 구멍을 만들고 어떤 피해도 없이 박혔다."라고 회상했다.[3] 런던 스미스필드 육류 시장 지하에서 극비리에 파이크리트 제조 및 테스트 실험이 진행되었다.[4][5][6] 실험 결과, 파이크리트는 순수한 얼음보다 강하고 산산이 부서지지 않지만, 영하 15°C 이상의 온도에서는 자체 무게로 처지는 현상이 나타났다.[7]
마운트배튼 경은 윈스턴 처칠 수상의 욕조에 파이크리트 블록을 넣어 시연하며 그 잠재력을 보여주었다.[8] 1943년 퀘벡 회담에서 마운트배튼 경은 파이크리트 블록을 이용해 총격 실험을 시연했으나, 총알이 튕겨나가 어니스트 킹 제독의 바지를 스치는 사건이 발생했다.[9] 페루츠의 설명에 따르면, 이 사건은 런던에서 먼저 일어났고, 총을 쏜 사람은 마운트배튼 경이 아니었다.[9]
하바쿠크 프로젝트는 자금 부족과 전황의 변화로 인해 중단되었다.[10] 영국 이스메이 장군의 회고록에 따르면, 파이크리트 항공모함 건조 계획은 기술적인 문제와 다른 대안의 효율성으로 인해 포기되었다.[11]
2. 2. 제2차 세계 대전 이후
제2차 세계 대전 이후 파이크리트는 연구나 실질적인 건설에 활용되지 못하고 과학적 호기심의 대상으로 남아 있었다.[12] 그러나 건축가, 기술자, 미래학자들을 중심으로 파이크리트의 잠재력을 활용한 새로운 개념이 종종 등장했는데, 주로 거대한 해상 구조물 건설이나 합성 복합 재료 또는 케블라와 같은 초강력 재료를 적용하여 성능을 향상시키는 방안에 대한 것이었다.1985년에는 오슬로 항구의 부두 건설에 파이크리트가 고려되었지만, 실제 환경에서의 신뢰성 부족으로 인해 이 아이디어는 결국 보류되었다.[12] 파이크리트는 영하의 온도로 보존해야 하고, -15°C 이상의 온도에서는 자체 무게로 인해 처지는 경향이 있어, 효과와 공공 안전을 보장할 수 있는 다른 대안이 고려되었다.[7]
2011년, 빈 공과대학교는 오스트리아 오버구르글 마을에서 지름 10m의 파이크리트 얼음 돔을 성공적으로 건설했다.[13] 그들은 풍선에 얼음을 분사하는 일본의 원래 기술을 개선하여 얼음의 자연적 특성과 강도를 활용했다. 이 구조물은 햇빛이 얼음을 녹이기 시작하여 구조물의 신뢰성이 떨어지기 전까지 3개월 동안 유지되었다.[13] 빈 공과대학교의 연구원 요한 콜레거는 그의 팀이 개발한 새로운 대안이 작업자에게 얼음이 튀는 것을 방지하여 더 쉽다고 생각한다. 그들은 자립형 구조물을 건설하기 위해 먼저 200mm 두께의 얼음판을 16개 조각으로 잘랐다. 돔과 같은 곡선을 갖도록 조각하기 위해 연구원들은 얼음의 크리프 변형 거동에 의존했다. 얼음에 압력을 가하면 파괴되지 않고 천천히 형태가 변한다. 빙하가 움직이는 메커니즘 중 하나인 빙하 크리프도 유사하게 작용한다고 연구원들은 말한다.[13]
2014년, 아인트호벤 공과대학교는 핀란드 유우카에서 얼음 돔과 사그라다 파밀리아의 파이크리트 축척 모형을 포함한 파이크리트 건축 프로젝트를 진행했다.[14] 그들은 세계에서 가장 큰 얼음 돔을 건설하려고 시도했다. 인적 오류로 인해 풍선을 부풀린 압축기의 플러그가 뽑혀 풍선이 찌그러졌다. 네덜란드 학생들로 구성된 팀은 즉시 풍선을 다시 부풀리고 돔의 붕괴된 부분을 다시 분사했다. 그들은 건설을 계속했고, 결국 돔을 대중에게 공개했다. 그러나 며칠 만에 지붕이 무너져 내렸고, 당시 현장에는 방문객이 없었다.[15]
3. 특성
파이크리트는 무게비로 14%의 목재 펄프(톱밥이나 종이 등)와 86%의 물을 혼합하여 얼린 복합 재료이다. 제프리 파이크에 의해 거대한 항공모함을 만들기 위한 후보 재료로 고안되었다. 일반적인 얼음에 비해, 낮은 열전도율로 인한 낮은 융해성, 펄프를 섞은 것에 의한 높은 강도, 높은 인성 등의 특성을 가진다.
파이크리트와 얼음에 라이플 총탄을 발사한 결과, 파이크리트는 파괴되지 않고 표면에 크레이터를 만들고 총탄이 박혀 멈춘 반면, 얼음은 파괴되었다는 시험 결과가 있다. 미국의 TV 프로그램 『Mythbusters』 (일본에서의 프로그램명은 『괴담')]』)의 프로그램 기획에서 "얼음으로 보트 제작" 실험 검증이
3. 1. 파이크리트와 다른 재료의 역학적 성질 비교
파이크리트의 내구성은 여전히 논쟁의 대상이다. 페루츠(Perutz)는 파괴 강도를 약 1,100 psi (7.6 MPa)로 추정했다.[10]1943년 9월에 제안된 더 작은 파이크리트 선박 제작 계획에는 다음과 같은 재료의 비교 특성 표가 포함되어 있었다:[16]
4. 대중 매체에서의 등장
2009년, 디스커버리 채널의 프로그램 ''MythBusters'' 115화에서 파이크리트의 속성과 그에 얽힌 미신을 검증하는 실험을 진행했다.[17] 애덤 새비지와 제이미 하이네만은 일반 얼음, 파이크리트, 그리고 신문을 사용한 "슈퍼 파이크리트"의 기계적 특성을 비교했다. 실험 결과, 두 버전의 파이크리트는 일반 얼음보다 훨씬 강했으며, 특히 슈퍼 파이크리트는 더 강력했다. 이후 실제 크기의 배를 슈퍼 파이크리트로 제작하여 실험한 결과, 배는 일정 시간 동안 물 위에 떠 있었으나, 서서히 녹으면서 물이 새기 시작했다. MythBusters는 파이크리트로 항공모함을 만드는 것은 비실용적이라고 결론 내렸다.[17]
같은 해, 자일스 포든의 저서 ''Turbulence''에서 파이크와 파이크리트에 대한 이야기가 중요한 역할을 했다.
2010년, BBC 프로그램 ''Bang Goes the Theory'' 26화에서는 삼베로 만든 파이크리트 보트를 시험했다.[17] 그러나 배는 물을 흡수하고 녹아 결국 전복되었다.
2013년, 독일 TV 방송국 WDR의 프로그램 ''Kopfball/Kopfball (Show)de''에서 삼베 섬유를 사용한 파이크리트 실험을 진행했다. 실험 결과, 파이크리트 판은 80kg 이상을 견뎠다.
닐 스티븐슨의 2015년 소설 ''Seveneves''에서는 파이크리트를 사용하여 저궤도 서식지 및 우주선 선체를 건설하는 가상의 내용을 묘사했다.[18]
''99% Invisible''의 미니 스토리 팟캐스트에서는 하바쿡 프로젝트와 파이크리트에 대한 기사를 다루었다.[19]
''Science & Futurism with Isaac Arthur'' 유튜브 에피소드 "Colonizing Ceres"에서는 파이크리트를 사용하여 돔 서식지를 건설하는 가상의 내용을 묘사했다.[20]
대한민국에서는 과학 다큐멘터리 프로그램을 통해 파이크리트가 소개되기도 했다.
참조
[1]
웹사이트
Definition of PYKRETE
https://www.merriam-[...]
[2]
웹사이트
Ice Alloys
http://www.ccmr.corn[...]
[3]
서적
Perutz, 2002, p. 83.
[4]
논문
Max Perutz (1914–2002)
2002-03-05
[5]
논문
Max Perutz (1914–2002)
Indian Academy of Sciences
2002-03-10
[6]
논문
The Floating Island
http://www.cabinetma[...]
2008-01-12
[7]
뉴스
Max Perutz OM
https://www.telegrap[...]
2008-01-12
[8]
서적
Lampe, 1959, p. 136.
[9]
서적
Perutz, 2002
[10]
논문
A Description of the Iceberg Aircraft Carrier and the Bearing of the Mechanical Properties of Frozen Wood Pulp upon Some Problems of Glacier Flow
[11]
서적
Ismay 1960, p. 319.
[12]
뉴스
A New Chip Off an Old Block
1985-08-01
[13]
웹사이트
In Austria, Imbibe in the New Ice Dome
http://www.livescien[...]
2018-03-18
[14]
웹사이트
Sagrada Familia in ice
http://www.structura[...]
2014-10-18
[15]
웹사이트
Maailman suurimman jääkupolin katosta romahti pala Juuassa
http://yle.fi/uutise[...]
2018-03-18
[16]
문서
The National Archives, ADM 1/15677 – Proposals and inventions of Mr Geoffrey Pyke; gravity propelled ball bomb, pykrete and power driven rivers.
The National Archives (United Kingdom)
[17]
웹사이트
The ''Habbakuk'' Project
http://www.royalnava[...]
Royal Naval Museum Library
2001
[18]
서적
Stephenson, p. 153, 396, 415, 497, 499, 726.
[19]
웹사이트
Project Habakkuk
https://99percentinv[...]
2023-10-08
[20]
Youtube
Colonizing Ceres
https://www.youtube.[...]
2024-03-17
[21]
웹사이트
〜PYKRETE〜 ICE SHIPS IN THE ROCKIES!
http://www.combinedo[...]
2014-04-20
[22]
웹사이트
Build and Float A Boat Made Of Ice
http://www.discovery[...]
2014-04-20
[23]
웹사이트
Can you Build Ships Out of Ice? The Mythbusters Investigate
http://www.popularme[...]
2014-04-20
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