위의 사진은 ISS(International Space Station)의 사진입니다.
ISS는 하룻동안에 지구를 16바퀴를 회전하는 지구상에 가장 빠른 물체 중의 하나이죠.
ISS는 10명 남짓이 이 안에서 먹고 자면서 연구를 하는 공간입니다.
ISS의 완성까지는 구소련의 살류트, 미국의 스카이랩으로 출발하여, 아폴로-소유즈와 미르를 통해 만들어진 완성체 입니다.
이 국제 우주정거장은 총 14개의 모듈로 구성되어 있으며, 총 11년 동안의 기간이 소요되었습니다.
무게만 해도 400톤 규모라고 하니 왠만한 규모의 배와 맞먹습니다. 비용은 1천억달러 이상 소비되었습니다.
ISS를 건설하고, 유지하기 위해서는 4가지의 문제가 있습니다.
첫째, 중력을 극복해야 합니다.
ISS는 우주상황에서 존재하는 만큼 인체에 미치는 영향이 매우 크며 위헙합니다.
특히나 인체외에도 ISS자체를 궤도상에 지속적으로 유지시키기 위해서는 궤도속도와 유사한 시속 2만 8천 킬로의 속도가 유지되어야 합니다. 하지만 여기에는 문제가 또 있습니다. 바로 대기상과 우주공간 사이에 분포된 산소분자와 미립먼지 등입니다.
먼저, ISS를 일정 상공에 유지상태를 만드는 것입니다. 앞서 말씀드린 산소분자로 부터 저항이 발생하기 때문에 속도가 2만8천킬로 보다 떨어지게 되면 지구가 중력으로 물체를 빨아당기게 되고, 그보다 속도가 높게 되면 물체는 우주 공간으로 날아가기 때문입니다. 이를 위해서는 한국전쟁 당시에 병력을 빠르게 이동시키기 위한 연구에서 해답을 얻게 되었습니다.
영화 로켓티어로도 유명한 로켓팩입니다. 일부 게임에서도 소개가 된 바 있는 탱크형의 배낭을 등에 지고 팔걸이에 부착된 조종장치로 일정높이 이상을 부유하는 것입니다. 여기에 사용되는 물질은 과산화수소로 이것을 분해시키면 일정량의 수증기와 물로 분리가 가능합니다. 이를 비행체에 달아서 궤도유지를 하는데 분사력으로써 이용하는 것입니다.
최종적으로 살류트는 이것을 이용하여 23일간의 비행이 가능하게 되었습니다.
다음으로는 동력원입니다.
ISS는 자가발전기능이 있는 유일한 장치는 태양전지판입니다. 일명 솔라셀(Solar Cell)이라고 부릅니다.
이 태양전지판을 이용하여 생존에 필요한 전기를 발전시킵니다. 태양전지판은 항상 태양과 마주보는 위치에 있게 만들어야 하는데 이를 위해서 지금은 누구나 알고 있으며, 사용하고 있는 자이로스코프입니다. 일명 중력센서로 알려지고 있는데요.
정식명칭 자이로스코프는 일정한 회전력을 얻어서 물체가 움직이는 형태를 유지하거나 변형하는 데 사용됩니다.
이와 유사한 자이로센서가 현재 사용되고 있는 휴대폰에 장착되어 핸드폰을 뒤집으면 매너모드로 바뀐다거나 특정 게임을 사용하는데 도움을 주는 용도로 바뀌어 졌습니다. ISS는 자이로스코프 4개를 장착하여 항상 태양전지판이 태양을 마주볼 수 있도록 수시로 변경을 하고 있습니다.
두번째로는 통신문제를 해결해야 합니다.
최초의 우주비행체와의 통신방법은 단순전파를 사용하는 것이었습니다. 접시형 송수신부를 휴스턴 센터에 건설하고, 우주비행체와 교신을 하는 것입니다. 하지만 이러한 방법은 전파가 직선으로 향하기 때문에 우주비행체가 지구를 한바퀴 도는 시간인 90분에서 겨우 6분만 교신을 할 수 있었습니다. 좀 더 신뢰성있는 교신을 위해서는 해결책이 필요했습니다. 그래서 만들어 진 것이 각 대륙에 수신접시를 설치하는 것이었습니다. 전 세계적으로 다양한 접시를 만들었고, 그것으로 통신을 하였습니다. 하지만 이것으로도 신뢰성이 극도로 미약하게 향상될 뿐이었습니다. 특히, 태평양등지에서는 원활한 교신이 어려웠습니다. 그래서 선박에 접시를 달아 이동하며 통신을 하였지만 선박의 속도와 우주비행체와의 속도를 균일하게 맞출 수가 없었습니다. 그래서 나온 것이 비행기 입니다. 비행기마다 통신접시를 선두에 부착하고, 비행기 내부에서 접시를 전동모터로 조정하여 통신을 하였습니다. 원활한 신뢰성을 위해서는 최소 8대의 비행기가 필요했으며, 이들은 항시 비행을 하여야 했습니다. 이것으로 기본적인 송수신은 가능하였지만 연구결과등의 데이터를 송수신하기에는 역부족이었습니다. 그래서 등장한 것이 현재의 위성기술입니다.
위성에 부착된 양단의 접시를 이용하여, 지상에 있는 수신부와 우주비행체간의 교두보역할을 하여 현재의 신뢰성이 보장된 통신기술이 완성되었습니다.
셋째로는 생명유지입니다.
냉전이 극도로 예민할 당시였던 1975년, 구소련과 미국은 우주기술의 협약을 체결하게 됩니다.
이들은 아폴로-소유즈라는 결합체로써의 우주비행체 도킹 연구를 시작하게 됩니다. 국가간의 명예가 걸려있으므로 당연하게도 연구는 성공하게 되었습니다. 하지만 문제는 우주에서 벌어졌습니다. 각 국가의 우주비행체의 기압이 달랐습니다. 소련은 지구상의 순수기압을 사용한 반면, 미국은 순수한 산소만을 사용하였기에 기압차가 발생하였습니다. 따라서 미국은 아폴로 입구 앞에 감압실을 새로이 부착하였습니다. 이를 통해 우주비행사들이 감압실에서 3시간동안 기다린 후에 구소련의 소유즈와 조우를 할 수 있게 되었습니다. 또한 이러한 공기압력과는 다르게 생명유지에 필요한 것이 있습니다.
바로 물입니다.
화성으로 탐사선이 출발하면 보통 2년정도 소요가 되며, 이때에 소비되는 물은 3만 6천리터 이상입니다.
따라서 이러한 물을 매번 실어나를 수도 없거니와 무게도 상당하기 때문에 재활용(Recycle)이 필요하게 되었습니다.
ISS에서는 공기중의 땀과 실생활에서의 소변을 흡수하여 필터링을 거치게 됩니다. 이를 통해 전기분해를 하여 내부의 산소를 공급하게 되고, 인체가 필요로 하는 물을 마실 수 있게 됩니다. 이를 흔히 습기농축액이라고 말하는데 땀의 경우는 85%물로 변환이 가능하고, 소변의 경우는 94%가 가능하다고 합니다.
마지막 네번째로는 우주에서의 건설작업입니다.
앞서 말씀드린 것처럼 ISS는 우주상에서 11년 동안 국가들이 모여 작업한 결과입니다.
하지만 이러한 모든 연결을 기계들에게만 의존할 수는 없었습니다. 어쩔 수 없이 우주비행사들에게 필요조건이었던 우주복이 필요하게 되었습니다. 우주는 극도로 환경이 열악하기 때문에 인체를 안전하게 지켜내려면 각고의 노력이 필요했습니다. 특히, 태양이 비추게 되면 영상 135도가 되고, 태양이 가려지면 영하 135도가 되는 극악한 환경이기 때문에 우주복에 특히나 많은 신경을 썼습니다. 그 결과 우주복 내부에 냉각수를 이용하는 것입니다. 태양이 작열하면 냉각수가 시원하게 되고, 반대로 영항의 조건에는 냉각수관에서 따듯한 물이 나와 인체를 보호하는 것입니다. 과거에는 호스로 연결된 장치를 가지고 여기에 냉각수와 전기공급이 이루어져 작업을 진행하였는데, 이는 자칫 충격이나 걸림으로 우주비행사와 우주비행체간의 연결을 쉽게 끊을 수 있었습니다. 따라서 개발된 것이 배낭형의 우주복으로 배낭안에는 같은 원리의 냉각수 2세트와 우주복의 구동에 필요한 전기공급장치가 내장되어 있습니다. 냉각수는 특히나 오류가 발생하면 안되므로 2세트를 마련하게 된 것입니다. 또한 불편한 몸체를 쉽게 확인 할 수 있도록 거울을 팔에 부착하는 것을 시작으로 현재에는 다양한 전자시스템이 우주복에 마련되어 있습니다.
또한, 우주복 뿐만이 아닌 우주비행체를 보호하기 위해서 방탄소재인 테블라를 이용하여 선체 외부를 감싸고, 이를 다시금 이중으로 알루미늄 포장을 하여, 외부의 미립먼지와 충격으로 부터 ISS를 안전하게 지켜내고 있습니다.
-출처: 내셜널지오그래픽
