ムーバブルフレーム
Movable frame
1. 개요
중전기 엘가임, 기동전사 건담 시리즈의 우주세기 및 기갑전기 드라고나에 등장하는 개념. 엘가임의 이름에서 알 수 있는 것처럼 발안자는 나가노 마모루.중전기 엘가임에서는 전투 로봇인 헤비메탈을 제작하는 전통적인 방식이다. 헤비메탈은 동력계와 구동계가 뼈대(프레임)에 장착되며 그 위에 플라스틱제 장갑판을 씌워 만든다.
건담 시리즈의 묘사로는 1년전쟁 이후 지온계 기술과 연방계 기술을 융합하는 과정에서 지구연방군이 독자적으로 고안해낸 새로운 개념의 프레임 기술이다. 대략 우주세기 0087년 경에 발명된 것으로 나오며, 그 전 시간대가 배경인 작품들(기동전사 건담 등)에는 그런 기술이 없다.
2. 개발 동기
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| 엘가임의 다리 관절 구조 설정화[1] |
“현실에 거대 로봇이 존재한다고 상상해 봅시다. 그것은 아마도 엄청나게 복잡한, 수많은 부품들의 덩어리일 것입니다. 그 가동부는 로봇 애니메이션에 나오는 것처럼 단순하지 않을 것입니다. 원운동을 하는 관절, 늘어나거나 줄어드는 관절 등등이 하나가 되어 로봇에 장착될 것입니다. 하지만 걱정 마시길 - 그런 관절을, 제가 이미 생각해 놨습니다.“
- 나가노 마모루
- 나가노 마모루
인간의 팔꿈치, 무릎 등의 관절은 축이 하나다. 하지만 무릎을 꿇고 앉거나 팔을 완전히 접는 등의 유연한 움직임이 가능하다. 이는 인간의 근육과 결합조직(피부, 지방 등)이 신축성이 있기 때문이다. 인간이 팔꿈치 관절을 완전히 접으면, 접히는 부위의 신체 조직이 신축성 있게 수축되어 관절의 접힘을 방해하지 않는다.
그러나 마징가 Z와 같이 신축성이 없는 금속 재질로 만들어져 있는 로봇들도 극중에서는 인간 못지 않은 유연한 움직임을 보여준다. 이는 해당 부위를 고무 같은 재료로 만들지 않는 한 실제로는 불가능한 일이다.
일본 로봇 애니메이션의 수십 년 역사에 걸쳐 이 문제에 대해 고민한 사람은 거의 없었으며, 애니메이션 로봇을 조형화해야 하는 완구 제조사들도 로봇에게 단순한 단축(축 1개) 관절을 설치했기에 완구 로봇들은 극중에서 로봇들이 보여주는 것과 같은 유연한 움직임이 불가능했다. 팔꿈치는 잘해야 90도, 무릎은 대개 30도 정도만 굽혀졌으며, 허벅지 관절은 거의 움직이지 않았으며(골반 앞뒤부분 부품에 걸려) 전후로 20도 정도의 동작만이 가능했다.
SF 메카닉 디자인계의 신성이었던 나가노 마모루는 이런 관행에 반기를 들고, “인간의 신체와는 전혀 다른 재질로 만들어진 이상, 인간과 같은 움직임이 가능하기 위해서는 그 (관절) 구조가 다를 수밖에 없다”는 주장을 설파했다. 그의 설계가 최초로 반영된 중전기 엘가임에 등장하는 거대 로봇들은 팔꿈치와 무릎 관절이 이중 구조(축이 둘)였으며 발목은 정강이 프레임에 연결된 여러 개의 서스펜션으로 구성되어 있었다(위 이미지 참조). 이런 관절로 구성된 골격계(프레임)는 로봇의 겉껍질(장갑판 등 외장부)과 별도로 나눠진 구조로 되어 있었으며, 풀 플레이트 아머(서양식 갑옷)를 입은 기사의 신체가 갑옷과는 별도로 움직이는 것과 마찬가지로 장갑판과 내부 구동부가 별개로 작동하였다. 이처럼 장갑판과 독립하여 움직일 수 있는(무버블 movable) 프레임에 나가노 마모루가 붙인 명칭이 무버블 프레임이다(당시 명칭은 무벌 moval 프레임).
3. 중전기 엘가임에서의 설정
중전기 엘가임의 주요 메카인 헤비메탈은, 무버블 프레임이란 금속제 뼈대 위에 합성수지 재질의 장갑판을 입힌 것이다.장갑판은 가벼운 플라스틱제지만, 에너지를 흡수하는 특수 코팅이 도포되어 레이저 공격으로부터 프레임을 보호한다. 반면 프레임에는 엔진, 액츄에이터 등 헤비메탈을 움직이는 기관부가 전부 포함되어 있다. 사실상 무버블 프레임이 바로 헤비메탈이라 해도 틀린 말은 아니다.
무버블 프레임은 세 가지 크기가 있으며, 막대한 동력이 필요한 대형기에는 L 사이즈 프레임을, 재빠른 기동성이 필요한 기체에는 S 사이즈 프레임을 탑재하는 것이 일반적이다. 가장 널리 사용되는 프레임은 중간 크기인 M 사이즈 프레임이다. 극중 등장하는 헤비메탈은 거의 전부 M 사이즈 프레임 탑재 기체들이다. 예외는 S 사이즈인 그룬, L 사이즈인 칼바리 템플 정도. 그리고 헤비메탈의 프레임은 기성품인지, 서로 다른 헤비메탈들이 동일한 무버블 프레임을 공유하는 경우도 가끔 있다. 예를 들어 엘가임과 밧슈.
4. 기동전사 건담 시리즈에서의 설정
1년전쟁 당시까지의 모빌슈트들은 대부분 모노코크 구조를 가지고 있었다. 모노코크는 기체의 중량을 기체의 장갑과 일체화된 프레임이 지탱하는 구조[2]로 기체의 중량을 장갑으로 버티기 때문에 장갑의 파손이나 관절부의 존재에 따라서 내구성이 저하되는 결점이 있었다.이는 모노코크 구조 MS가, 중량이나 충격이 장갑과 일체화된 프레임을 타고 기체 전체로 확산되기 때문이며 장갑과 장갑 사이에 틈새가 있을 경우 충격이 제대로 분산되지 않기 때문이다. 이러한 점은 현실의 모노코크 구조[3]와 동일하다.
모노코크 구조는 통짜로 제작되기 때문에 생산에 들어가는 공정과 비용을 절감할 수 있다는 것이 장점이다.
1년전쟁 당시 지온 공국의 MS는 단어 그대로 순수한 모노코크 프레임이었다.
반대로 1년전쟁 당시 지구연방의 MS는 모노코크와 무버블의 과도기라 할 수 있는 세미 모노코크 프레임이 사용되었다. 장갑만으로 하중을 견디는 모노코크 프레임이나 내부 골격만으로 하중을 견디는 무버블 프레임과는 달리, 장갑과 내부 골격이 함께 하중을 견디는 역할[4]을 맡는 것이 차이점. 이러한 점도 역시 현실의 세미 모노코크 구조[5]와 동일하다. MG 건프라에서는 제한적인 슬라이드 기믹과 장갑 탈착 기믹이 들어갔다.
4.1. 기능과 적용
무버블 프레임은 모노코크 구조의 결점을 극복하기 위하여 개발된 설계방식으로 장갑과 프레임의 기능을 분리시킨 것이 특징이다.무버블 프레임에서는 장갑과 프레임이 일치하지 않으며 기체의 중량은 기체의 프레임이 지탱한다.[6] 또한 프레임에서 분리된 장갑은 기체의 움직임에 연동되어 어느 정도 위치를 바꿀 수 있기 때문에 관절부의 움직임이 크게 개선되었을 뿐만이 아니라 가변형 모빌슈트의 설계가 가능해졌다. 따라서 무버블 프레임의 개발 이전에 설계된 것[7]을 제외한 대부분의 가변형 모빌슈트들이 이 프레임을 바탕으로 제작되었다. 구조상 기존 모노코크 프레임보다 무게가 더 나간다는 문제점이 있지만 문제점 극복을 위해 더 가벼운 장갑 재질인 건다리움 감마를 찾으면서 이것 역시 해결되었다.
이러한 장점을 앞세워 무버블 프레임은 2세대 이후 대다수의 모빌슈트에게 채용되었고, 바꿔 말하면 무버블 프레임의 채용이 2세대 모빌슈트의 필수 조건 중 하나가 된다.
이 무버블 프레임이 전격 채용되어 개발된 기체가 바로 건담 Mk-II다. 그리고 애너하임 일렉트로닉스는 이 기체를 손에 넣음으로써 Z 건담을 시작으로 한 가변형 모빌슈트의 개발에 성공한다.[8] 이후로 무버블 프레임은 우주세기 모빌슈트 설계의 기본으로 정립된다.
2세대 모빌슈트의 기준 중에 하나가 무버블 프레임의 채용이기 때문에 릭 디아스를 2세대 모빌슈트에 끼워넣기 위하여 추가된 설정이 있는데, 바로 에우고에도 불완전하게나마 무버블 프레임 기술이 있었다는 설정이다. 그러나 릭 디아스의 것은 초창기 모델이라 성능이 건담 Mk-II의 무버블 프레임보다 낮았기 때문에, 델타 건담의 개발에도 실패한 적이 있다.
설정만 보면 모노코크보다 훨씬 좋아보이지만, 현실적으로는 정비 소요가 늘어나고[9], 생산 난이도와 비용이 폭증하며, 무게도 커지고, 방어력이 높아질 수가 없다. 모노코크가 내구성 측면에 단점이 있어도 이런 장갑과 프레임이 분리된 장치의 내구성은 그보다 더 못할 뿐이다.
이 때문인지 Z건담에서 신기술처럼 강조된 무버블 프레임 설정은 ZZ건담과 역습의 샤아 설정집부터는 슬쩍 묻히고(애초에 본편들만 보면 언급도 되지 않아서 알 수 없는 설정이었다), 모빌슈트의 세대 구분론에도 변신 모빌슈트는 거의 사라지다시피 한 덕분에 후기 우주세기에선 전혀 언급도 되지 않는다.
작품 외적으로 볼때 이런 설정은 그저 z건담 계열의 변신/합체를 정당화하기 위해 나가노 마모루의 설정놀음이 덧붙여졌을 뿐이다. 이런 헛점은
5. 기갑전기 드라고나에서의 설정
기갑전기 드라고나에 등장하는 메카인 메탈아머 역시 무버블 프레임에 외장을 입혀 만드는 로봇이다.다만 건담이나 엘가임과는 달리, 메탈아머들의 무버블 프레임은 콕핏이나 관절 가동부, 동력원처럼 가장 기본적이고 공통적인 기능만 탑재하고 있으며, 특정 기체의 고유 기능이 탑재된 것은 프레임에 덧씌운 외장부란 설정이다. 예를 들어 드라고나 1에서 프레임만 남기고 외장부를 전부 떼어낸 뒤 드라고나 2의 외장을 입히면, 그건 드라고나 2의 장갑을 입힌 드라고나 1이 아니라 그냥 드라고나 2다. 즉 드라고나들의 무버블 프레임은 서로 완전히 똑같으며 100% 공유가 가능하다.
나중에 같은 선라이즈 작품인 오버맨 킹게이너에도 유사한 설정이 나온다. 이 작품의 로봇인 오버맨들은 무버블 프레임에 “오버코트”라는 장갑복[12]을 입혀 만드는데, 각 오버맨의 기능이 들어있는 것은 오버코트라 이걸 갈아입혀주면 해당 기능을 쓸 수 있다는 설정이다.
6. 모형에서의 활용
무버블 프레임을 고안한 나가노 마모루는 그가 메카닉 디자이너로 활약한 작품인 중전기 엘가임에 이를 도입했고, 스폰서인 반다이의 관련 상품에도 이를 반영할 것을 요청했다. 오늘날의 반다이라면 그 정도는 아무런 문제없이 제작이 가능했겠지만, 당시에 나가노의 무버블 프레임을 제대로 구현화할 수 있는 완구사는 어디에도 없었다. 당신이 1980년대 반다이 기술자인데, 왠 젊은이가 본 문서의 맨 위에 나온 무버블 프레임 구조도를 보여주고 프라모델을 이렇게 만들어달라고 요구했다고 상상해보자. 당시 기술로는 절대 불가능한 일이며 한참 뒤에 나온 퍼펙트 그레이드에서나 겨우 실현될 수 있었다. 구판 엘가임 프라모델을 보면 알겠지만 무릎 부분만 이중 관절을 어설프게 흉내냈을 뿐, 나가노의 설계와는 동떨어진 조잡한 물건이다.그나마 나가노의 설계와 비슷했던 것은 고가의 완성품 액션피규어 라인업인 “Hi-Metal 및 “하이 컴플리트 모델”(HCM)으로 발매된 엘가임 및 엘가임 마크 투 완구로, 다리 부분에 내부 프레임을 만들고 플라스틱제 “장갑판”을 부착해 나가노 설계와 유사한 움직임을 구현했다.
구판 하이메탈 엘가임. 무릎의 무버블 프레임 이중관절 구조를 재현하려 노력했다.
당시 반다이는 나가노의 이런 무리한 요구를 탐탁치 않게 생각했다 하며, 나중에 스폰서로서의 지위를 이용해 나가노를 기동전사 건담 ZZ에서 배제시켰다는 이야기가 있다. 허나 “관절 구조를 인간과 다르게 설계함으로써 인간과 유사한 움직임이 가능하게 한다”는 아이디어 자체는 반다이도 눈여겨 보았으며, 신 발명품이었던 폴리캡을 응용해 다축 운동이 가능한 관절을 프라모델 등에 탑재하게 된다. 그 첫 타자는 기동전사 Z 건담 관련 건프라였으며, 특히 건담 마크 투의 1/100 건프라는 나가노가 설계한 이중 관절이 달린 무릎, 전후 좌우 운동이 가능한 2축 고관절 등 혁신적인 제품으로 만들어졌다.
[1] 무릎은 이중 관절이며, 고관절은 슬라이딩 관절이다. 발목은 네 개의 피스톤으로 구성되어 다양한 방향으로 각도가 조절된다.(이를 스튜어트 플랫폼(Stewart platform)이라 부른다) 오늘날 반다이의 건프라는 이중 관절과 슬라이딩 관절(고관절)이 특징이지만, 발목은 스튜어트 플랫폼이 아니며 볼 조인트 관절을 주로 쓴다.[2] ![파일:돔다리.jpg]()
이는 건프라 중 내부 프레임 묘사가 없는 HG 및 무등급 프라모델의 구조와 비슷하다. 위 사진은 HGGTO 돔 시작실험기의 다리 부분. 무릎 관절 축을 지탱하기 위해 A1-1 부품과 A1-2 부품에 외장과 일체화된 프레임 구조가 사용되었다.[3] 모노코크 구조는 현실에서는 자동차 등에 쓰이며, 특히 민수용 승용차에서는 생산비가 저렴하고 경량화에도 유리하다는 이점 덕분에 지극히 일반적인 구조로서 채용되고 있다. 독립적인 내부 골격이 따로 갖추어져 있지 않고 그 대신 튼튼한 구조로 만들어진 외피가 내부 골격을 대신하여 일종의 외골격처럼 하중을 견디는 역할을 맡는다는 것이 가장 큰 특징이다. 민수용 차량에서도 오프로드 성능을 중시한 차량이나 화물차·스포츠카 등의 경우에는 모노코크 구조 대신 독립적인 내부 골격을 따로 갖춘 프레임 구조를 채용하기도 하므로, 그와 비슷하다 보면 될 것이다.[4] ![파일:건캐논다리.jpg]()
이는 건프라 중 2000년대 초반 HGUC 키트의 다리 구조와 비슷하다. 위 사진은 HGUC 양산형 건캐논의 다리 부분. A-25 부품이 하중을 지탱하는 뼈대 역할을 하고 있으며, 외장부품인 C-16,17이 이를 다시 지탱하고 있다.[5] 세미 모노코크 구조는 현실에서는 항공기 등에 쓰이며, 현대에 만들어지는 항공기들은 대부분 세미 모노코크 구조를 채용하고 있다. 독립적인 내부 골격을 따로 갖추었긴 하지만 그 내부 골격만으로 하중을 견디는 것이 아니라 외피와 내부 골격이 함께 하중을 견디는 역할을 맡는다는 것이 가장 큰 특징으로, 튼튼한 구조로 만들어진 외피와 내부 골격이 기체 하중을 견디기 때문에 튼튼하기도 하고 또 동체의 모양을 공기역학적으로 유리한 유선형으로 매끄럽게 만드는 데에도 유리하기에 현대의 항공기들에 널리 채용되고 있다고 한다. 자동차 등에 사용되는 모노코크 구조와의 차이는, 모노코크 구조가 외피만으로 하중을 견디도록 되어 있는 데 비해 세미 모노코크 구조는 외피와 내부 골격이 모두 하중을 견디도록 되어 있다는 점. 반대로 프레임 구조와의 차이를 들자면, 프레임 구조가 내부 골격만으로 하중을 견디도록 되어 있는 데 비해 세미 모노코크 구조는 외피와 내부 골격이 모두 하중을 견디도록 되어 있다는 점을 들 수 있다.[6] 건프라 중 전신 장갑 탈착이 가능한 키트, 즉 PG 시리즈 및 철혈의 오펀스 라인의 구조가 이와 비슷하다.[7] 앗시마 등[8] 백식은 원래 가변 기체로 설계되었다가 결함 등의 문제로 인해 일반적인 MS로 선회하여 제작되었다.[9] 특히 프레임에 관절과 각종 장갑을 컨트롤하는 장치까지 있다는 설정인데 이러면 이족보행병기 최악의 단점만 모아둔 장치가 된다. 무버블 프레임의 정비성이 높아져서 호평이란 설정이 엉터리인 이유.[10] 프레임식인 지프 타입도 충돌에는 오히려 일반 승용차보다 위험하다.[11] Z건담이 변신으로 단독 대기권 돌입을 하거나 전과를 올렸다고 하나 결국 소수파들의 내전이란 특수한 상황 덕분일 뿐이다. 보통 군사 작전에서 기체 하나가 단독으로 대기권 돌입을 하고 변신할 이유가 없다.[12] 이쪽은 금속제인데도 직물처럼 유연하게 접히는 갑옷이다.