공중도시

 

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1. 개요
2. 개념
3. 원리
3.1. 부양 방법
4. 문제점
5. 패턴
6. 창작물의 공중도시

空中都市 / Flying City

1. 개요

말 그대로 하늘을 나는 도시. 하늘을 나는 도시는 아니지만 마추픽추가 높은 곳에 위치해있는 것 때문에 공중도시로 소개가 되고는 한다.

2. 개념

과거 SF에는 금성의 대기를 날아다니는 비행 콜로니 같은 것이 등장하긴 하지만, 현재 공중도시라고 하면 거의 대부분 지구 내에서 날아다니는 도시를 의미한다. 하늘을 나는 것은 인류의 꿈이라고 하던가.
거의 대부분 산을 뒤집어놓은 듯한 바위나 흙덩어리 위에 건물이 올라앉은 모양새를 하고 있으며, 가끔 가장자리에 폭포가 있기도 하다. 즉 부유도 위에 지어진 도시라고 할 수 있다. 가끔 바리에이션으로 소라껍데기 위에 올라앉은 것이라든가, 우주를 나는 고래 위에 올라앉은 것도 있다.
또한 아무나 공중도시로 접근하는 것을 막기 위한 방어시설이 존재한다. 방어막이라든지 로봇군단이라든지 대공포, 전투기 부대 등등. 심지어는 도시 자체가 요새인 경우도 있다. 이른바 공중요새란 것으로 이동요새의 하위개념 중 하나다.
공중도시가 비행하는 높이가 위성궤도까지 올라가면 우주 거주구가 된다.
애초에 단단한 지반이 없는 목성과 같은 가스형 행성에서 도시를 건설하려면 당연히 공중도시의 형태를 띨 수밖에 없을 것이다. 이러한 도시를 나름 구체적이고 과학적으로 그리고 있는 소설로 대수학자라는 작품이 있다.

3. 원리

'''당신이 원하는 대로.'''
마음에 드는 이름 적당히 붙여서 비행하게 만들자. 걸리버 여행기의 라퓨타#s-2는 자기력으로 비행했고, 네서릴의 공중도시들이나 달라란은 마법으로 비행했고, 천공의 성 라퓨타의 라퓨타#s-3는 비행석이라는 부유 능력을 가진 돌로 비행했고, 하늘누리는 하늘을 나는 거대한 동물인 하늘치 위에 올라탔고, 노바스 아이텔의 경우 '''기도의 힘'''으로[1], 바이오쇼크 인피니트의 컬럼비아는 루테스 입자라는 신물질로, 리벨=아크 같은 도시는 아예 그런 설명도 없이 그냥 비행한다. 반중력 같은 것도 쓰이는 것 같다.
우주 거주구는 우주 정거장의 확대버전이니 굳이 따로 설정할 필요도 없고...

3.1. 부양 방법

현재 기술적으로 유효한 방법은 비행기나 비행선의 원리를 응용하는 것뿐이다.
  • 기구 타입: 수소나 헬륨. 혹은 뜨거운 공기, 바로 열기구의 원리를 이용하는 것. 부유기체는 어마어마한 양이 필요하기 때문에 현실적으로 부유기체로 하늘을 나는 도시는 만들기 어렵다.
    • 수소: 수소는 값이 싸며, 부유력이 매우 높다는 장점이 있다. 그러나 작은 불씨 하나만으로 도시 전체를 파괴할 수 있으므로 엄청나게 위험하다.
    • 헬륨: 헬륨의 부력은 1세제곱미터 당 1킬로그램 정도이다. 헬륨은 수소보다 안정적이지만 부유력은 조금 낮다(수소의 92% 정도). 지구상에 적은 물질이므로 값이 비싸고 산출지는 미국에 한정되어 있으며 곧 고갈된다는 문제가 있다. 또한 헬륨은 재료를 통과하는 성질이 있으므로 지속적으로 유출된다. 때문에 기낭에 한번 헬륨 넣었다고 끝이 아니라 지속적으로 빠져나가는 헬륨을 정기적으로 보충해줘야 한다는 중대한 단점이 있다.
    • 뜨거운 공기: 공기의 부력은 외부를 30도, 내부를 100도로 놓았을 경우 1세제곱미터 당 245그램 이다. 검은 표면을 가진 '태양열 풍선'은 적외선을 흡수하여 공중을 비행할 수 있다. 그러나 이 역시 상당히 불안정하다.
  • 정지궤도를 이용: 지구정지궤도보다 살짝 위에 질량체를 띄워놓고 탄소나노튜브 케이블로 도시를 매다는 방법이다. 궤도 엘리베이터와 비슷한 원리인 셈이지만, '도시'라 할만한 규모를 만든다면 궤도 엘리베이터보다 훨씬 더 어려워질 수밖에 없다. 탄소나노튜브를 길게 뽑아내는 기술이 아직 없어 궤도 엘리베이터는 물론 거기서 최대한 난도를 낮춘 Skyhook도 못만드는 현재로는 당연히 실현 불가능하다. 게다가 해당 고도의 대기 밀도를 생각해 본다면(사실 외(기)권보다 3배 가량 더 높은 궤도이므로 넓은 의미의 대기권도 아니고 그냥 우주다...), 어지간한 케이블 길이로는 일반적으로 생각하는 '공중도시'보다는 우주 거주구에 가깝게 될 것이다. 그렇다고 케이블을 길게 만들어서 도시 부분이 대류권까지 내려오게 만들면 그로인해 받는 공기 저항과 건설 및 유지보수 난도도 안드로메다로...
  • 헬리콥터 타입: 거대한 프로펠러를 이용한 수직 이착륙 엔진을 이용하여 도시를 띄운다. 동력원의 문제와 공중에서 기계 정비가 아주 어렵다는 것, 그리고 주민들이 소음 공해에 시달리게 된다는 점 때문에 별로 매력적이지 않다. 덕티드 팬으로 하면 소음은 다소 줄일 수 있지만 다른 건 여전.
  • 동력: 하늘에 떠 있는 상태에서 안정적으로 확보할 수 있는 동력이 별로 없다.
    • 태양 에너지: 태양전지판을 거북선마냥 더덕더덕 붙인 것으로 성층권 비행선 등에서 기획되고 있다. 도시는 아니고 무인에 가깝다.
    • 풍력: 제트기류를 이용한 성층권 발전 역시 아이디어와 실험 단계에서 존재하고 있다.
    • 원자력: 원자로를 실어두면 방사능 폐기물은 알아서 잘 처리한다는 전제 하에 안정적인 동력원을 확보할 수 있다. 만일 원자력 사고라도 난다면 그 순간 사람 사는 건 엄두도 못 내게 될 터.
    • 핵융합: 엄밀히 말하면 원자 반응을 이용해서 에너지를 얻는 거니 원자력이라고 할 수도 있겠지만 일반적으로 현 시대에서 원자력이라고 하면 핵분열을 말하니 일단은 별도로 서술. 보통 근미래 컨셉에 잘 쓰인다. 무지막지한 에너지 생성량으로 띄우는 컨셉이랄까...
    • 화석연료: 주기적으로 수송기 등으로 연료를 가져와 주입하는 방식. 규모에 제약은 많이 발생하겠지만 기술적으로는 지금도 가능하다. 공중 급유기로 다른 항공기에 연료를 급유해서 계속 날게 하는 것을 매우 크게 확장한 확장판 정도.

4. 문제점

애초에 공중도시라는 개념 자체가 '''로망'''과 '''스토리'''에 필요해서 등장하는 거지, 실제로 효용성이 있어서 등장하는 건 아니다. 물론 나중에 지구가 포화상태가 된다면 미래의 아파트 비스무리하게 각광받을지도 모르지만 사실 그런 상황이 되더라도 지하 도시, 해저도시, 우주 거주구가 훨씬 현실성 있고, 그 정도로 못 버틸 스케일이 되면 차라리 행성도시로 가는 게 비용 대비 효율도 좋아서 공중도시는 절대 안 나온다고 봐도 좋다.
가끔 가다 공중도시를 때려부숴서 떨궈버리려는 反공중도시파들도 있다. 이들 중 일부는 기어코 성공하기도 한다.
  • 안전성: 공중도시는 말 그대로 공중에 떠있기 때문에 도시 바깥은 황천길이나 마찬가지다. 잘못해서 사람이 떨어지면 그대로 사망 확정이다. 만약 공중도시 전체가 추락하면 일단 추락지점과 그 주변의 넓은 반경이 무사하지 못한다. 도시 정도 되면 직경 5km짜리 운석도 아득히 넘어가니 그 파괴력은 비교가 안 될 것이다. 게다가 그 위에 있는 사람들도 멀쩡할 가능성이 거의 없다. 만약 무척 커다란 공중도시가 추락한다면 마치 공룡처럼 진짜로 인류가 멸망할 수도 있다.
  • 기후 문제: 공중도시가 떠 있는 대류권은 날씨가 변화무쌍하며 특히나 태풍 같은 격렬한 기상현상이 일어나면 도시의 존속이 위태위태해진다. 도시 전체에 돔을 씌우고 공기를 집어넣으면 이런 문제가 해결될지는 모르지만, 돔 자체가 하늘 위에서 멀쩡히 버틸 수 있다고 보기 힘들다. 도시 전체에 씌우려면 면적이 무척 넓어야 하기 때문에 받는 피해도 커지고, 돔에 조그만 구멍 하나라도 생긴다면 금방 공중도시는 막장 테크를 타게 된다.
    • 기압: 공중도시의 고도가 성층권까지 올라간다면 기상현상에 의한 문제는 거의 없어진다. 그런데 고도가 높아질 수록 기압과 산소 분압이 낮아지기 때문에, 이 정도의 높이가 될 경우 이제는 기압과 산소 농도가 문제가 된다. 일반적으로 사람이 산소호흡기 같은 장치의 도움을 받지 않고 영구적으로 거주할 수 있는 생리적 한계고도는 해발 5200미터 정도이고, 신체에 별다른 영향을 미치지 않고 잠시나마 머무를 수 있는 고도도 7000미터 정도가 한계다.[2] 이런 상황에서 에베레스트보다 한참 더 높은 곳에서 사람이 멀쩡하게 살 수 있을 리가 없다. 일단 공중도시가 실현될 정도라면 그 공기부족을 무마시킬 뭔가 유지보수가 적게 필요한 초월적인 수단 정도는 하나둘 있을 것이지만, 그래봤자 현실적이고 과학적인 해결책이라면, 사실상 저궤도 우주 거주구가 되는 수밖에 없다.
    • 다만 의외로 동력 문제에 비해서는 그렇게 크리티컬하지는 않은데, 호흡계통만 어떻게든 보전한다면 사람의 몸 자체는 잠수병을 예방하기 위한 적응시간만 가지면 0.3기압부터 5기압까지는 맨몸에 가까운 상태로 견딜 수 있다고 한다. 실제로 스킨스쿠버 등을 하면 가벼운 레저 목적으로도 2기압부터 3기압까지의 압력을 맨몸으로 얇은 슈트 하나 걸치고 받게 된다.[3] 우주공간에서의 기압요건 문서에도 잘 설명되어 있다. 아무튼 요약해서 말하면 0.3기압 정도까지는 밀폐구조의 여압복 없이 공기호흡기 마스크만 뒤집어 쓰고(한마디로 소방관이나 스킨스쿠버 장비 정도만 가지고도) 외부 활동이 가능하다는 것이다.[4] 또한 실내 압력은 국제선 여객기 객실 압력에 해당하는 0.8~0.85기압 정도로 셋팅한다면 우주공간에 비해 훨씬 낮은 수준의 밀폐장비와 훨씬 얇은 수준의 외벽으로도 가압된 공간을 유지할 수 있다.[5]
  • 물 공급 문제: 기본적으로 도시에는 수도가 설치되어 물이 공급되어야 하는데, 공중도시는 말 그대로 하늘에 떠있기 때문에 수원이 없어서 물을 공급받을 곳이 없다. 이미지처럼 부유도에 지어진 공중도시라면 어느 정도 가능할 지 모르지만, 결국 한계가 있다. 지상에서 일일이 물을 실어올 수도 있겠지만 매우 번거롭고 비용도 막대하게 들 것이다. 빗물을 받거나 우주 정거장처럼 이미 사용한 물은 물론 습기까지 모조리 재활용하는 방법도 있으나 그건 소규모 그룹에서나 통하는 거지 도시 규모가 되면 한계가 생긴다.
  • 식량 문제: 당연히 사람은 먹어야 살 수 있으므로 식량 생산은 필수이다. 그런데 공중도시에서 식량을 어떻게 공급받을 수 있을까? 만약 공중에 말 그대로 공중'도시'만 있다면 당연히 식량도 도시 내에서 생산해야 하는데, 농사를 짓거나 가축을 기르기 충분한 만큼의 땅이 모자랄 것이다. 공중도시라서 바다 같은 건 구경도 못 한다. 하다못해 새를 잡으려고 해도 일정하지 않다. 대형 식물 공장을 세우든지 인공 영양소를 만들어낸다든지 할 수 없다면 수많은 사람들이 그대로 아사할 것이다. 다만 2020년 현시점에서 이 문제는 여기 거론된 문제들 중에선 가장 사소한 문제라고 볼 수도 있는데, 공중도시를 만들 정도의 기술력이라면 에어로포닉스와 배양육 기술로 쉽게 해결할 수 있을 것이기 때문. 바로 위에 상술한 물 공급 문제에 안 걸린다면 말이다(...).
  • 폐기물 문제: 쓰레기, 하수, 오물 핵폐기물 등을 하늘 위에서 어떻게 처리해야 할까? 공중도시인데 땅에다 묻는 건 말도 안 될 일이고, 태웠다가는 공해를 직통으로 맞는데다 잘못해서 불이 옮겨붙으면 그대로 대화재다. 물질 조작 기술까지 가지 않으면 재활용에도 한계가 있고, 모아서 압축하면 양을 줄일 수는 있으나 없애지는 못하므로 결국 쌓이게 된다. 그럼 그냥 공중도시 바깥으로 버리면 되지 않느냐고 할 수 있는데 그럼 높은 고도를 뜷고 지상에 내려와서 폭탄과 다름 없는 효과를 낼 것이다. 그래서 공중도시의 하수나 오물 등은 지상의 사람들이 다 뒤집어쓰게 된다는 농담도 있다. 사실 그냥 뒤집어쓰면 다행이고 보통은 그대로 투척물에 맞아 죽을 것이다. 그래서 일부 공중도시는 도시 경계선에 팻말을 세워두기도 한다. 이를테면 파이브 스타 스토리에 나오는 플로트 템플의 "위험! 여기는 상공 3000m 입니다. 쓰레기를 투척하지 마십시오." 같은 식으로.
단, 은하 제국급 스케일이 나오면 SF 수준에서는 말이 될 수는 있다. 지금도 미국 정규 항공모함(10만톤급)이나 최대 컨테이너선(30만톤급), 유조선(60만톤급)은 작은 해상도시에 비유할만한 스케일인데, 은하구급 문명의 스케일과 기술력으로 대형 수송기를 대기권 내에 상주시키고 그보다 작은 수송기들에게 보급받을 수 있는 체계를 만든다면 상술한 문제점 대부분을 해결할 수 있긴 하다. 하지만 그정도 스케일이면 주 거주구역은 행성도시와 링월드 같은 게 담당하고, 공중도시는 어디까지나 현실의 항공모함, 유조선, 정찰기처럼 특정 임무를 위해 (전체 규모에 비해 비교적) 소규모로 운용하는 물건이 될 수밖에 없다.

5. 패턴

이런 도시는 보통 과거의 유물 같은 것이라 현대에는 재현이 불가능한 것이 많고, 사람이 살지 않거나 살아도 예전부터 자기네들끼리 폐쇄된 공동체에서 살던 경우가 많다. 그런데 주인공이 가면 반겨줄 뿐더러 '''말이 술술 잘 통한다.''' 하늘에 떠 있어서 그런지 선민사상이 있다거나, 돈 많은 사람들만 산다거나 하는 경우도 있다.
그리고 요새의 성격을 가지긴 하지만, 기본적으로 도시기 때문에 뭔가 바글바글하다는 인상을 주기도 한다. 그래서인지 허공을 날아다니는 것만 보면 넓게 느껴지는데 비해 내부에 있으면 비좁다는 느낌을 받는다.

6. 창작물의 공중도시

도시가 아닌 공중을 떠다니는 '''대륙'''은 ☆로 표시. 부유도와도 겹친다.

[1] 사실은 기도의 힘이 아니라 천사를 감금한 후 그 힘을 뽑아 쓰는 것. 천사의 힘으로 땅도 풍요로워져서 매년 풍작이라고.[2] 7000미터 이상의 고산지대는 일명 '죽음의 지대'로 불리며, 산소 마스크 등으로 부족한 산소를 보충해주지 않으면 지속적인 체력 저하 등의 악영향이 나타나게 된다. 이 때문에 7000미터 이상의 고산지대에서의 무산소 등정은 시간과의 싸움으로 표현되며, 이런 곳을 등정하는 등반가들은 안 될 것 같다 싶으면 정상이 설령 코앞이라 하더라도 그냥 내려온다고 한다. 조금 더 올라가려다가 아예 못 내려오게 될 수 있기 때문.[3] 그럼 우주인들은 왜 우주복을 입냐 할 수 있는데 생물학적으로 양압에는 나름 견디지만 음압에는 취약해서 0.3기압 밑으로 떨어지면 호흡기와 소화기 계통 및 노출된 구멍들(눈,코,입,귀)이 쪼그라들어 내장 손상이 오는 문제랑, 호흡기 밀착이 불가능해지고, 방사능에 노출되는 문제가 크기 때문이다.[4] 실제로 과거 아폴로 우주선의 선실이나 선외 우주복이 0.3기압에 100% 산소 환경의 대기조성비를 사용했다. (1기압의 21% 산소 환경과 비슷한 산소포화도 유지가 가능.)[5] 제대로된 우주선은 1기압의 차이를 견뎌야 하지만 이 경우 그 절반인 0.5기압 정도만 견뎌도 충분하니 고속열차나 여객기 수준의 창문과 문만 설치해도 압력선체를 유지할 수 있을 것이다.[6] 공중도시가 등장한 첫 작품이다.[7] 사실 엄밀히 따지면 공중전함이지만, 나라 하나가 통째로 올라갈 만한 대륙을 짊어지고 비행하고 있다.[8] 원래 지상의 아라드 대륙과 하늘성으로 이어져 있었지만 대전이이후 하늘성이 폭파됐다.[9] 사실 숲 속의 앨리스가 미니언 포레스트로 넘어오면서 배경이나 브금 등은 다 똑같은데 이름만 살짝 바꾸는 식으로 변했다.[10] 혹성 아쿠아#s-4의 기후를 관리한다. 아카츠키, 우디, 알이 창공의 섬 출신.[11] 아쉽게도 유저가 직접 갈 수는 없고 배경으로만 보인다. 이미지로는 이렇다.[12] 공중도시 + 궤도병기[13] 크라티아족들이 모여 사는 공중도시로, 파티멤버 쥬디스의 고향.[14] 라퓨타의 패러디.[15] 하지만 과거에 마법 한 번 잘못 썼다가 몰살 크리.[16] 단, 엔딩 장면 한정.

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