Vacuum Balloons

진공 기구는 저밀도 부양 가스 대신 내부 진공 챔버를 이용해 대기 중에서 정역학적 부력을 얻는다. 덕분에 부양 가스를 별도로 공급할 필요가 없으며, 밀도가 매우 낮은 수소 대기에서도 부력을 얻을 수 있다. 엔진을 장착한 진공 기구는 진공 비행선이라 부르며, 작동 원리는 일반 기구와 거의 같다.

진공을 담는 구조물은 주변 대기의 압축력에 견뎌야 한다. 이를 위해 압축 강도, 자기 압력, 모멘텀 압력 중 하나를 활용한다.

압축 강도 방식에서는 진공 챔버가 단단한 외피로 이루어지며, 내부에 다이아몬드이드 브레이싱으로 된 경량 트러스를 갖추기도 한다. 외피와 브레이싱은 응력 변동에 의한 좌굴에 견딜 만큼 충분히 강해야 하므로 질량이 늘어난다. 챔버가 커질수록 내부 보강재가 필요해지고, 그 질량은 내부 부피에 비례해 증가한다. 또한 구성 요소의 강성 때문에 유연성이 떨어진다. 따라서 이 방식은 단위 부피당 부력이 가장 낮아, 특수한 형태의 진공 챔버가 필요한 경우 외에는 거의 쓰이지 않는다. 최소 직경 50cm의 진공 기포를 활용하는 에어로백 폼은 가장 보편적이고 유연한 형태의 진공 기구 기술이다.

자기 압력 방식에서는 기구 내피가 대전된 초전도 솔레노이드로 이루어지며, 내부 자기 압력으로 팽창을 유지한다. 외피가 유연하기 때문에 자기 기구는 쉽게 수축시켜 작은 부피로 접어 운반할 수 있다. 초전도체가 퀜치되기 전까지 자기 기구가 버틸 수 있는 최대 압력은 에너지 밀도와 같으며, 약 200GPa(200만 바)에 달한다. 자기 진공 기구에 가장 효율적인 형태는 토러스이지만, 추가 인장 케이블을 이용하면 질량이 늘어나는 대신 다른 형태로 변형할 수 있다. 그 외에는 매우 가볍게 만들 수 있다. 외피가 인장 상태에 있어 응력 변동에 견딜 정도로만 두께를 유지하면 되기 때문이다. 기구가 클수록 바람에 의한 응력이 커져 추가 보강이 필요하다. 또한 대기 온도가 초전도체를 퀜치시킬 만큼 높다면 외피를 진공 단열막으로 보호해야 하는데, 이 막은 가볍지만 전체 질량을 상당히 늘린다. 드문 변형으로, 초전도체 대신 모노폴을 내장한 자기 기구도 있다. 이 방식은 온도 저항성이 훨씬 높아 최대 1500K의 주변 온도에서도 견디지만, 모노폴을 능동적으로 추가해야만 팽창시킬 수 있다.

모멘텀 압력 방식에서는 두 개 이상의 루프가 외피 내부에서 고속으로 회전하며 모멘텀 보강 압축 부재 역할을 한다. 외피는 인장막으로, 루프가 이를 벌린 채로 유지한다. 자기 진공 기구와 마찬가지로 전체 구조가 유연하여 수축시켜 작은 부피로 접을 수 있다. 모멘텀 진공 기구는 대략 구형 형태를 띤다. 루프는 원형 늑재로 드러나 보이며, 그 사이의 외피는 대기압에 의해 안쪽으로 처진다. 루프는 효과적인 압축 부재가 될 만큼 충분한 질량을 가져야 하며, 이것이 모멘텀 기구의 주된 제약 요인이다. 미적인 면에서는 자기 기구에 비해 약간의 장점이 있다. 루프를 제외한 외피를 투명하게 만들 수 있기 때문이다.

용도

수소·헬륨 대기가 아닌 환경에서 진공 기구는 수소·헬륨 부양 가스보다 부력이 미미하게 클 뿐이다. 지구형 대기를 기준으로, 진공이 1뉴턴의 부력을 낼 때 같은 부피의 수소와 헬륨은 각각 0.93뉴턴과 0.86뉴턴을 낸다. 이런 환경에서 자기 기구와 모멘텀 기구의 주된 장점은 편의성이다. 별도의 부양 가스 없이 현지 에너지원만으로 팽창시킬 수 있기 때문이다.

수소·헬륨 대기에서는 진공 기구가 표준 해법이다. 열기구도 어느 정도 부력을 낼 수 있지만, 완전 단열 외피를 갖추거나 열을 지속적으로 공급해야 한다.

진공 기구는 대기 중 저속 순항에 특화된 진공 비행선에 자주 활용된다. 네오아틀란티아의 비행선, 키요시의 일부 리프트, 케이블빌을 떠도는 일부 은둔자들이 그 예다.

또한 버블해브에서도 널리 쓰인다. 자기 기구의 토러스 형태는 중앙 구멍에 자연스럽게 보호된 공간을 만들어, 그곳에 거주 공간을 배치하거나 매달 수 있다.

진공 기구의 좀 더 은밀한 용도는 일반 건축이다. 자기 팽창 구조 부재는 내부가 대개 진공으로 되어 있다. 부력을 제공할 만큼 크지 않더라도 대기 중 유효 무게가 매우 작아, 버블해브나 초고층 빌딩에서 특히 유용하다.

마지막으로, 진공 기구는 가스 행성을 이동시키는 데도 활용될 수 있다. 핵융합 촛불보다 대기에 훨씬 덜 파괴적이다. 단, 위성이 존재한다면 위성이 질량 빔의 더 나은 고정점 역할을 하는 경우가 많다.)