우주처럼 드넓은 융합 공학, 항공우주공학

최성임 광주과학기술원 기계로봇공학과 교수,

G-STAR 센터장(Ep.2)

항공우주공학은 융합공학이다. 공력역학, 추진공학, 구조역학, 제어, 재료 등 다양한 공학 분야가 통합된다. 이는 첨단 기술(UAM, 위성, 발사체 등)로 확장되는 미래 산업의 중추적인 첨단 연구개발 분야이며 미래자동차 기술, 초고속열차기술, 에너지기술 등 다양한 응용성을 보여준다. 

놀라운 속도로 발전을 이룬 분야 : 항공우주공학

항공우주공학의 역사를 따라가다 보면 현대과학의 흐름과 정수를 알게 된다고 말하는 최성임 교수. 비행기라는 개념이 생긴지 210여 년 정도밖에 되지 않았지만 오늘날 500톤이 넘는 비행기를 하늘에 띄워 수천 Km를 날 수 있게 하는 데에는 현대 과학이 모두 집적되어 있다. 모든 학문을 통틀어 이 짧은 시간에 이처럼 드라마틱한 발전을 이룬 분야는 찾아보기 힘들다는 것이 최 교수의 설명이다. 

“저는 초음속 비즈니스 제트의 소음 경감을 주제로 박사 논문을 썼어요. 슈퍼컴퓨터의 도움을 받았죠. 비행기 전공하는 사람들은 초음속이란 말을 들으면 가슴이 설렙니다. 아주 좋아하죠. 기존 비행기보다 2배 이상 빠른, 음속을 능가하는 속도의 비행기는 그 이면에 집적된 첨단 기술을 떠올리거든요. 상상력을 자극하기도 하고요. 그런데 요즘은 초음속을 넘어서는 극초음속 우주 비행선이 관심사죠. 음속의 5배(마하 5) 이상 속도로 거의 대기 바깥층까지 갔다가 다시 돌아오는 비행기입니다. 대기 바깥층정도에 이르면 공기가 희박해서 비행선이 회귀할 때는 공기 분자들이 막 쪼개지는 전리가 일어나요. 그걸 극복하는 거죠. 우리나라도 핵심 기술을 확보해 세계 4번째 개발국으로 부상하고 있는 중입니다. 과학의 토대 위해 융합한 공학의 발전 속도가 놀라운 학문입니다.”  

최 교수는 항공우주공학은 하늘과 우주에만 국한된 학문이 아니라고 설명한다. 조선, 화학 분야에도 이어지며, 몸의 일부분이 되다시피한 현대인의 필수품 스마트폰에서 흔히 보는 GPS를 기반으로 하는 지도서비스라든지 자동차의 ABS브레이크와 헤드업 디스플레이 등에 이르기까지 항공우주공학과 밀접하게 연결되어 있다는 것이다. 

비행기 설계 실무경험을 토대로 제자를 양성하다

항공우주학 중에서도 비행기 설계가 최성임 교수의 전공 분야이다. 그는 항공우주 차량 시스템의 데이터 기반 가변 충실도 다학제 분석 및 설계 최적화(MADO), 경로 계획 모델링을 통한 무인 교통 관리(UTM); 자율 교통 시스템(무인 항공/수중 차량)의 조합 최적화 방법, CFD를 이용한 대규모 비정상 공기역학 분석; 다중 물리 문제에 대한 결합 기반 민감도; 시간-스펙트럼 형태의 유체-구조 상호작용(FSI), 물리 시뮬레이션을 위한 AI 기반 근사 모델; 노이즈 입력 가우시안 프로세스 모델링; 가변 충실도 분석을 위한 적응형 샘플링(충전 및 필터링) 기법 등의 연구 논문으로 주목을 받았다.

최 교수는 NASA(미국 항공우주국) 에임스 연구 센터-UARC의 연구 과학자, 미 육군 항공기 비행 역학국 방문 연구원 등으로 경험을 쌓았다. 풍부한 실무 경험을 겸비한 교수로서 광주과학기술원 기계로봇공학과에서 데이터 기반 시뮬레이션 및 설계 연구실을 운영하며 제자를 양성하고 있다. 그의 제자들은 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 주최한 제 1회 육해공 무인 이동체 챌린지에서 최우수상을 수상하는 등 발군의 실력을 보여주고 있다. 최 교수는 제자들에게 정답을 가르쳐주는 스승이 아니라 어쩌면 답이 없는 끝없는 우주와 같은 연구의 길에서 독립적인 연구가로서 성장하는 보람을 가르쳐주고자 한다. 

“교육은 시험지의 답안지 찾기가 아닙니다. 교수로서 저는 독립 연구자를 교육한다는 소명의식을 갖고 있어요. 그런데 연구는 그 범위가 확 넓어집니다. 정해진 답이 없는 것이 연구죠. 그래서 학생들이 처음엔 좀 연구를 어려워합니다. 제가 미국에서 교수를 할 때와 비교하면 미국에는 상위 5% 정도의 학생들이 가르친 걸 정말 쑥쑥 흡수해서 나아가요. 우리나라 학생들은 그런 학생들이 한 30~40% 되는 것 같아요. 더 많죠. 그런데 상위 1%, 곧 독립적으로 연구하고 공부하며 놀라운 속도로 치고 나가는 학생은 미국 학생들이 더 앞서는 것 같습니다. 소위 우등생이라고 불리던 학생일수록 실수를 열패감으로 인식하는 것 같아요. 실수를 두려워하지 말고 자신을 믿고 나아가는 자세가 필요해요. 사회는 이들의 실수가 실패가 아니라 또 다른 자산이 된다는 문화가 있었으면 합니다. 우리나라는 빠르게 변화하는 강점이 있으니까 앞으로 더 좋아질 것 같습니다. 전 그렇게 생각하고 있어요.” 

NASA 제트추진연구소를 모델로 한 ‘G-STAR 센터’

스스로를 여기저기 많이도 옮겨 다닌 사람이라고 했지만 최성임 교수의 발걸음은 ‘안정’에 머물지 않고 ‘새로움’을 향했다. 때문에 그가 G-STAR 센터장이 된 것은 당연해 보인다. G-STAR는 지난 2월 GIST가 인공지능(AI)과 빅데이터 기반 우주기술 연구를 선도하고 우주항공과 첨단 모빌리티 분야의 핵심 연구를 수행하기 위해 만든 기관이다.

“GIST는 로봇을 설계하고 제작하며 제어하는 ‘우주로보틱스’와 ‘정보통신’, ‘인공지능(AI)’ 연구가 강점인 기관이며 3개 연구 분야를 융합해 우주 연구를 할 예정입니다. GIST의 역량을 끌어 모아서 세계적인 성과를 낼 수 있다고 자신합니다. G-STAR 센터의 롤 모델은 미국 NASA의 제트추진연구소(JPL)입니다. NASA에서 사용하는 탐사선, 로켓, 우주장비 등을 연구개발하고 운용하는 기관인 JPL의 명성은 NASA에 버금가죠. 역량 있는 인재들을 양성하여 그들이 마음껏 날개를 펼칠 수 있도록 산학연, 지자체의 시너지를 모으고 있습니다.”

G-STAR 센터를 이끄는 리더로서 어떤 리더십을 발휘하고 있는지 묻자 그는 미소 지으며 이야기했다. 

“예전엔 리더라고 하면 앞서 가는 사람이라고 생각했는데 좀 나이가 든 지금은 바뀌었어요. 뒤에서 응원하는 사람 같습니다. 함께 하는 분들은 다들 훌륭하고 똑똑한 분들이세요. 그분들의 말씀을 경청하며 응원할 때 문제 해결의 답이 나오는 것 같습니다. ‘이끌기보다 뒤에서 북돋우기!’ 그것이 제가 생각하는 리더십의 핵심입니다.”

항공우주학을 공부하는 학생에서 연구원, 교수로 성장하면서 소수의 여성이라는 점을 한 번도 인식하지 않았다는 최 교수. 그는 공학을 전공하는 여학생의 수는 국내외적으로 여전히 적은 것이 사실이지만 점점 그 수가 늘어나고 있다고 설명하며 연구현장에서 더 많은 여성과학자들이 개별적 경쟁력을 키워가기 바란다고 이야기했다.