자동차의 발달과 미래

[김동석]

자동차의 발달과 미래

인류의 위대한 발명-수레바퀴

스스로 움직이는 차에 대한 인간의 꿈은 장구한 인류의 역사와 그 근원을 같이 하고 있다. 오늘날 일반화된 가솔린 자동차의 역사는 기껏해야 100여년이 조금 넘은 정도지만 보다 근원적인 차원에서 자동차의 역사는 인류문명의 태동기였던 기원전 4000년경 남 메소포타미아의 수메르인에 의해 고안된 소나 노새가 끄는 '수레바퀴'에서 시작된다. 기원전 2천년 경 보다 강하고 빠른 말이 끌면서 기동력있는 마차 민족이 세계 각지를 정복하게 되었고, 특히 고대로마제국은 유럽전역에 도로망을 닦아 '모든 길은 로마로 통한다'는 마차운송시대를 열었다.

마차의 전성시대

이러한 마차는 가장 오랫동안 인류의 육상교통수단으로써 이용되었으며 자동차가 출현하기 전인 18세기부터 19세기까지의 약 200년은 '마차의 전성시대'를 이루었다. 그러나 마차는 동물의 힘에만 의존하는 한계 때문에 '말없는 마차', '스스로 움직이는 자동수레'에 대한 꿈을 버리지 않았던 인류는 15세기 레오나르도 다빈치가 태엽장치를 이용하여 움직여 보기도 하고 바람이나 스프링을 이용해 보다가 1860년 만유인력을 발견한 영국의 뉴턴에 의해 증기분사력을 이용한 자주차의 모형이 처음 제작되기도 하였다.

최초의 증기자동차 발명

1712년 토마스 뉴커먼에 의해 증기기관의 제작에 성공하고 이어 1765년 제임스 와트가 회전식 증기기관을 개발하여 기계를 움직이거나 광산용 펌프로 실용화하자 이러한 증기기관을 자동차에 얹혀 증기차를 개발하려는 최초의 시도가 1769년 프랑스 루이 14세 때 포병장교인 N.J 뀌뇨에 의해 이루어졌다. 대포를 끌기 위해 만든 포차로 1771년 제2호차를 만들어 4명을 태우고 시속 3.5km로 빈센느 거리를 달림으로써 인위적인 동력으로 움직이는 세계 최초의 자동차가 되었다.

증기자동차의 황금시대

그 후 유럽각지에서 증기자동차에 대한 연구가 활발히 행해져 1784년 영국의 윌리엄 머독이 증기 3륜차 모형을 만들어 시운전에 성공하였으나 실용화에 실패하고, 머독 아래서 일하던 기술자 리처드 트레비딕이 1801년 매우 실용적인 증기자동차를 만드는 데 성공했다. 이후 증기자동차는 1820년부터 본격적으로 보급이 늘어나 1900년대 초까지 '증기자동차의 황금시대'가 열였었다. 증기자동차에 이어 1825년 스티븐슨에 의해 발명된 증기기관차는 증기자동차보다 급속한 발달을 거듭하여 1848년 영국에서는 철도길이가 8천km를 넘었고, 유럽과 미국대륙에서도 급격하게 보급되기에 이르러 19세기는 증기기관의 철도와 기선이 근대 산업혁명과 교통혁명의 주역이 되기에 이르렀다.

전기자동차의 보급

영국에서 새로운 에너지로 개발한 전동기가 자동차에 탑재되면서 1830년부터 전기자동차가 만들어지기 시작하여 19세기 후반까지 증기자동차만큼 보급되었으나 전기의 능력에 한계가 있어 더 이상 발전을 하지 못했다.

내연기관의 발명

실린더 내에서 직접 연료를 연소시켜 그 폭발력으로 동력을 얻는 내연기관은 1860년 프랑스 르누아르에 의해 가스엔진을 완성하고 1872년 독일의 N.오토가 4사이클 엔진의 기본원리를 이용한 가스엔진을 실용화하였고, 함께 일하던 G.다임러가 1883년 소형의 고효율 가스엔진을 완성하였다. 이어 1885년에 2륜 목재 자전거에 엔진을 탑재하여 사상 최초의 2륜자동차인 모터사이클을 만들었다.

세계 최초의 가솔린 자동차 등장

곧이어 다임러는 1886년 2인승 4륜의 마차에 휘발유 엔진을 얹혀 세계 최초의 휘발유 자동차를 탄생시키기에 이르렀다. 이 자동차는 최고속도 시속 15km로 스프링, 냉각기, 클러치, 2단 변속기, 자동기어 등 비록 원시적인 형태였지만 현대식 주행장치는 거의 다 갖추고 있었다. 같은 시기, 같은 독일 내 K.벤츠라는 기술자도 1885년 4사이클 휘발유 엔진을 3륜차에 탑재하고 1886년 특허를 취득하게 됨으로써 다임러와 벤츠는 '가솔린 자동차의 아버지'로 불리우게 되었고, 생전에 한번도 만나지 않았던 두 사람이 각자 만든 자동차 회사가 1926년 합병하여 다임러 벤츠사가 되었고 이후 독일의 다임러 그룹은 1998년 미국의 크라이슬러와 합병하기에 이른다. 한편 디젤기관은 1897년 독일의 R.디젤에 의해 최초로 발명되었으나 공기분사식이었기 때문에 지지부진하다가 1921년 다임러사에 의해 최초로 자동차에 실용화되었고 이어 1926년 독일 보쉬사가 자연 압축착환의 고압분사 연료펌프를 개발함으로써 디젤자동차 시대도 본격적으로 열리게 되었다.

자동차 기업의 등장

1886년 가솔린 자동차의 특허를 획득한 벤츠는 곧 이를 상품화하기 시작하였다. 다임러는 프랑스에서 설립된 세계 최초의 자동차 회사인 '파나르에 르바소에'에 자동차 제조권을 넘김으로서 자동차기업은 프랑스에서 시작되었다. 이 때를 전후하여 설립한 벤츠, 푸조, 르노, 포드, 피아트 등 오늘날 세계적 기업이 모두 100년 이상의 역사를 가지게 된다. 1900년 이전의 초기 자동차는 부유한 특수계층의 장난감과 같은 소량의 주문생산에 머물러 1900년 전세계의 생산규모는 1만 대 수준이었다. 한편 유럽보다 뒤늦게 자동차 산업에 뛰어든 미국은 1899년 올즈모빌사가, 1903년 포드와 캐딜락이 모두 디트로이트 주변에서 각각 설립되면서 미국 자동차 산업이 개화되기 시작하였다.

포드의 자동차 혁명

1908년 드디어 헨리 포드가 값싸고 튼튼하며 누구나 운전하고 정비하기 쉬운 자동차 '포드 T형'을 개발하였고, 1914년 컨베이어 시스템의 대량생산방식으로 양산하기 시작하여 단일모델로 1928년 단종될 때까지 19년간 무려 1600만대의 판매기록을 세웠고, 가격도 1908년 850달러에서 1925년에는 260달러까지 떨어져 '최고 염가의 로드스터'로 대중을 파고 들었다. 이때부터 미국의 자동차공업은 사업형성기를 지나 대중보급화 단계로 접어들어 비약적인 발달을 거듭하게 되었다.

자동차의 발달

이후 1차 세계대전으로 자동차산업은 군수산업으로 전환되면서 비행기의 제조기술이 자동차에 도입되어 자동차의 기술발전에 많은 기여를 하게 된다. 엔진의 고출력화, 서스펜션과 브레이크의 개선, 모노코크 차체, 안전유리개발, 전기식 스타터의 발명 등과 더불어 컨베이어 시스템에 의해 대량생산의 개념이 도입되어 근대 자동차산업의 신기원이 이루어졌다. 이후 자동차는 50년대 디자인 전성시대와 60년대 소형차의 붐을 거치고 70년대 석유파동을 겪고 에너지, 안전, 환경의 문제에 도전하며 80년대 모델의 다양화와 전자화시대를 넘어 다양한 기술과 산업의 고도화로 21세기 새로운 무한경쟁의 시대가 열리고 있다.

21세기 자동차의 미래

다가오는 21세기 자동차의 기능과 모습은 자동차의 기술발전을 고려해 보면 일반적 예측이 가능하다. 그러나 21세기 중반 미래의 자동차는 지금과는 많이 다른 우리의 상상을 뛰어넘을 수도 있는 자동차가 나올 것이다. 자동차는 바퀴로 지상 운행만 하는 것이 아니라 3차원적인 공간 이동 즉 항공기 형태의 자동차가 실용화될 수 있을지도 모른다. 2000년대 자동차의 기능은 고유 기능인 수송은 물론 정보통신기능과 여가 오락 기능이 보다 커지고 또한 함께 제공될 것이다. 또한 많은 첨단 장치의 개발로 보다 안전하고 쾌적할 것이며 저공해자나 대체에너지차가 늘어날 것이다. 가장 기술변화가 빠르게 진전될 분야는 전자화로서 21세기가 되면 기존의 물리적 기계운동방식은 전자신호에 의한 운전으로 개념이 바뀌게 되고 특히 전기·전자장치들이 크게 네가지 분야에서 실용화될 것이다. 첫째, 파워트레인(엔진, 트랜스미션, 구동장치)에 사용될 전자장치들은 2천년대의 강화된 배기가스 규제를 만족시키고 연비를 더욱 향상시킬 것이다. 둘째, 샤시부문(조향, 제동, 현가장치 등)의 전자장치는 자동차의 성능을 향상시켜 보다 나은 승차감과 안전도를 제공해 줄 것이다. 셋째, 차체부문(에어백, 충돌방치방지, 자동안전벨트, 다중신호처리)은 안전성을 높여 사고를 크게 줄일 것이다. 넷째, 계측 및 정보통신(자체고장진단, 항법장치, 정보통신), 가상계기판 장치들은 가장 두드러진 발전을 보이게 될 것이다. 자동차 구동에너지인 석유는 21세기 중반이면 고갈될 것으로 보인다. 이에 따라 대체에너지의 연구가 활발하다. 차세대차량으로 전기자동차, 수소자동차, 태양전지자동차, 천연가스자동차, 알코올자동차의 개발이 가속화될 것이다. 자동차 소재에 있어서도 경량화가 촉진될 것이다. 연비향상과 첨단 신소재 개발에 힘입어 비철금속으로 알루미늄, 마그네슘, 특수강 사용이 확대되고 엔진부분에 세라믹화가 가능하여 2000°C 고온에 견디고 거의 마모되지 않으며, 차체에 고분자 합성수지 사용으로 외부충격에 보다 안전해질 것이다. 외관 스타일은 공기저항계수를 줄인 다이나믹 스타일이 보편화되고 본네트부터 트렁크에 이르기까지 일체화한 형태로 주변의 광도에 따라 광선의 유입이 자동조절되는 고감도 유리로 천정을 뒤덮을 것이다.