공중도시의 개념과 원리

말 그대로 하늘을 저는 도시. 하늘을 저는 도시는 아니지만 마추픽추가 높은 곳에 위치해있는 것 때문에 공중도시로 소개가 되고는 합니다.
2. 개념[편집]
과거 SF에는 금성의 대기를 날아다니는 비행 콜로니 같은 것이 등장하긴 하지만, 현재 공중도시라고 하면 거의 대부분 지구 내에서 날아다니는 도시를 의미합니다. 하늘을 저는 것은 인류의 꿈이라고 하던가.

거의 대부분 산을 뒤집어놓은 듯한 바위나 흙덩어리 위에 건물이 올라앉은 모양새를 하고 있으며, 가끔 가장자리에 폭포가 있기도 합니다. 즉 부유도 위에 지어진 도시라고 할 수 있습니다. 가끔 바리에이션으로 소라껍데기 위에 올라앉은 것이라든가, 우주를 저는 고래 위에 올라앉은 것도 있습니다.

또한 아무나 공중도시로 접근하는 것을 막기 위한 방어시설이 존재합니다. 방어막이라든지 로봇군단이라든지 대공포, 전투기 부대 등등. 심지어는 도시 자체가 요새인 경우도 있습니다. 이른바 공중요새란 것으로 이동요새의 하위개념 중 하나입니다.

공중도시가 비행하는 높이가 위성궤도까지 올라가면 우주 거주구가 됩니다.

애초에 단단한 지반이 없는 목성과 같은 가스형 행성에서 도시를 건설하려면 당연히 공중도시의 형태를 띨 수밖에 없을 것입니다. 이러한 도시를 나름 구체적이고 과학적으로 그리고 있는 소설로 대수학자라는 작품이 있습니다.
3. 원리[편집]
당신이 원하는 대로.

마음에 드는 이름 적당히 붙여서 비행하게 만들자. 걸리버 여행기의 라퓨타는 자기력으로 비행했고, 네서릴의 공중도시들이나 달라란은 마법으로 비행했고, 천공의 성 라퓨타의 라퓨타는 비행석이라는 부유 능력을 가진 돌로 비행했고, 하늘누리는 하늘을 저는 거대한 동물인 하늘치 위에 올라탔고, 노바스 아이텔의 경우 기도의 힘으로[1], 바이오쇼크 인피니트의 컬럼비아는 루테스 입자라는 신물질로, 리벨=아크 같은 도시는 아예 그런 설명도 없이 그냥 비행합니다. 반중력 같은 것도 쓰이는 것 같습니다.

우주 거주구는 우주 정거장의 확대버전이니 굳이 따로 설정할 필요도 없고...
3.1. 부양 방법[편집]
현재 기술적으로 유효한 방법은 비행기나 비행선의 원리를 응용하는 것뿐입니다.
기구 타입: 수소나 헬륨. 혹은 뜨거운 공기, 바로 열기구의 원리를 이용하는 것. 부유기체는 어마어마한 양이 필요하기 때문에 현실적으로 부유기체로 하늘을 저는 도시는 만들기 어렵습니다.
수소: 수소는 값이 싸며, 부유력이 매우 높다는 장점이 있습니다. 그러나 작은 불씨 하나만으로 도시 전체를 파괴할 수 있으므로 엄청나게 위험합니다.
헬륨: 헬륨의 부력은 1세제곱미터 당 1킬로그램 정도입니다. 헬륨은 수소보다 안정적이지만 부유력은 조금 낮다(수소의 92% 정도). 지구상에 적은 물질이므로 값이 비싸고 산출지는 미국에 한정되어 있으며 곧 고갈된다는 문제가 있습니다. 또한 헬륨은 재료를 통과하는 성질이 있으므로 지속적으로 유출됩니다. 때문에 기낭에 한번 헬륨 넣었다고 끝이 아니라 지속적으로 빠져나가는 헬륨을 정기적으로 보충해줘야 한다는 중대한 단점이 있습니다.
뜨거운 공기: 공기의 부력은 외부를 30도, 내부를 100도로 놓았을 경우 1세제곱미터 당 245그램 입니다. 검은 표면을 가진 '태양열 풍선'은 적외선을 흡수하여 공중을 비행할 수 있습니다. 그러나 이 역시 상당히 불안정합니다.
정지궤도를 이용: 지구정지궤도보다 살짝 위에 질량체를 띄워놓고 탄소나노튜브 케이블로 도시를 매다는 방법입니다. 궤도 엘리베이터와 비슷한 원리인 셈이지만, '도시'라 할만한 규모를 만든다면 궤도 엘리베이터보다 훨씬 더 어려워질 수밖에 없습니다. 탄소나노튜브를 길게 뽑아내는 기술이 아직 없어 궤도 엘리베이터는 물론 거기서 최대한 난도를 낮춘 Skyhook도 못만드는 현재로는 당연히 실현 불가능합니다. 게다가 해당 고도의 대기 밀도를 생각해 본다면(사실 외(기)권보다 3배 가량 더 높은 궤도이므로 넓은 의미의 대기권도 아니고 그냥 우주입니다...), 어지간한 케이블 길이로는 일반적으로 생각하는 '공중도시'보다는 우주 거주구에 가깝게 될 것입니다. 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 띄운입니다. 동력원의 문제와 공중에서 기계 정비가 아주 어렵다는 것, 그리고 주민들이 소음 공해에 시달리게 된다는 점 때문에 별로 매력적이지 않습니다. 덕티드 팬으로 하면 소음은 다소 줄일 수 있지만 다른 건 여전.
3.2. 동력[편집]
현대 기술로 재현한다면, 하늘에 떠 있는 상태에서 안정적으로 확보할 수 있는 동력이 별로 없습니다.
태양 에너지: 태양전지판을 거북선마냥 더덕더덕 붙인 것으로 성층권 비행선 등에서 기획되고 있습니다. 도시는 아니고 무인에 가깝습니다.
풍력: 제트기류를 이용한 성층권 발전 역시 아이디어와 실험 단계에서 존재하고 있습니다.
원자력: 원자로를 실어두면 방사능 폐기물은 알아서 잘 처리한다는 전제 하에 안정적인 동력원을 확보할 수 있습니다. 만일 원자력 사고라도 난다면 그 순간 사람 사는 건 엄두도 못 내게 될 터. 이쯤 되면 성층권 핵투발 플랫폼
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 쓰인입니다. 무지막지한 에너지 생성량으로 띄우는 컨셉이랄까...
화석연료: 주기적으로 수송기 등으로 연료를 가져와 주입하는 방식. 규모에 제약은 많이 발생하겠지만 기술적으로는 지금도 가능합니다. 공중 급유기로 다른 항공기에 연료를 급유해서 계속 날게 하는 것을 매우 크게 확장한 확장판 정도.