영화 “Up”에서는 수천 개의 풍선을 이용해 집을 하늘로 띄우는 장면이 나옵니다. 현실에서도 기상관측용 풍선이나 과학 실험용 풍선이 성층권까지 도달한 사례가 있습니다. 그렇다면, 풍선만으로 어디까지 올라갈 수 있을까요? 그리고 우주까지 갈 수 있을까요?

1. 풍선은 어떻게 하늘로 떠오를까?

• 풍선이 뜨는 원리는 부력(Buoyancy)과 대기압 차이입니다.
• 풍선 내부의 가벼운 기체(헬륨, 수소)는 공기보다 밀도가 낮아 떠오르게 됩니다.
• 하지만 대기가 높아질수록 공기 밀도가 낮아지면서, 부력이 감소하는 한계점이 존재합니다.

2. 풍선이 도달할 수 있는 최대 고도는?

• 일반적인 기상 관측용 풍선은 30~40km(성층권)까지 도달 가능
• 2014년, 페릭스 바움가트너(Felix Baumgartner)의 ‘레드불 스트라토스(Red Bull Stratos)’ 프로젝트에서 헬륨 기구를 타고 39km(성층권)까지 상승한 후 초음속으로 스카이다이빙한 사례가 있음.
• 일본 과학자들은 기구를 이용해 53km까지 실험 성공한 사례도 있음.
• 하지만 기압이 거의 0에 가까운 우주(카르만 라인, 100km)까지는 도달하지 못함.

3. 풍선으로 우주까지 갈 수 있을까?

• 현재 헬륨/수소 풍선은 대략 50~60km 부근에서 부력이 사라지고 터지게 됨.
• 하지만, 특수 재질의 초경량 풍선과 새로운 기체를 활용하면 이 한계를 늘릴 가능성이 있음.
• 최근 일부 기업(예: 스페이스 퍼스펙티브, Space Perspective)은 풍선을 이용한 준우주 관광(약 30~35km) 프로젝트를 진행 중.
• 다만, 100km(카르만 라인)를 넘는 진정한 우주까지는 아직 불가능.

4. 그렇다면 풍선으로 우주에 가는 방법은?

• 다단계 시스템 → 풍선이 상승 가능한 최대 높이(약 50km)까지 도달 후, 로켓을 추가로 점화하여 우주까지 도달하는 방식.
• 하이브리드 기체 사용 → 헬륨/수소보다 가벼운 새로운 물질이 필요하지만, 현실적으로는 아직 연구 중.

이번 연구 주제는 ‘풍선으로 도달할 수 있는 최대 고도와 우주 진출 가능성’입니다. 풍선이 물리적으로 어디까지 올라갈 수 있는지 실험하고, 우주 진출 가능성을 연구하는 것은 기상 관측, 과학 탐사, 우주 산업 발전에도 중요한 연구 주제입니다. 큐니버시티 연구원 여러분, 풍선의 최대 한계와 미래의 가능성을 탐구하고, 그 결과를 논문으로 출간해 보시기 바랍니다.