[KISTI의 과학향기] 안전하게 우주 비행하기

오랜 연구 끝에 1961년 4월 12일, 인류 최초의 우주비행사 유리 가가린을 태운 보스토크 1호는 지구의 대기를 벗어났다. 우주 탐사에 대한 인류의 꿈이 이루어지는 순간이었다. 108분 동안 지구를 한 바퀴 돌고 다시 지구로 돌아왔다. 유리 가가린은 탈출 좌석에 앉은 채 우주선에서 분리된 뒤, 낙하산을 이용해 지구에 착륙했다. 우주 비행 전, 유리 가가린은 자신이 돌아올지 모른다는 생각에 가족들에게 편지를 남기기도 했다. 계획대로 진행 되지 않으면 지구로 돌아올 방법이 없었던 것이다.

우주라는 특수한 공간에서 사고가 나면 치명적인 결과로 이어질 수 있기 때문에 우주 탐사는 아직까지 많은 위험을 감수해야한다. 그 동안 일어난 사고만 봐도 알 수 있다. 2006년 9월에는 ISS(International Space Station, 국제우주정거장)에서 유독가스 누출사고가 있었고, 1997년 6월에는 러시아 우주정거장과 도킹(docking. 인공위성, 우주선 따위가 우주 공간에서 서로 결합함)을 시도하던 무인 화물선이 충돌해 기내 기압이 떨어져 밀폐되기도 했다. 그렇다고 우주 탐사를 멈출 수는 없다. 위험을 최소화하기 위한 노력과 연구가 세계 곳곳에서 이루어지고 있다.

◆우주 비행도 안전하게, 소유즈 우주선

러시아의 소유즈(Soyuz) 우주선은 안전한 우주선 중에 하나다. 소유즈 TMA 우주선은 최신형으로 좀 더 안전하게 비행할 수 있게 소유즈 우주선을 개량한 것이다. 소유즈 TMA 우주선은 궤도 모듈, 귀환 캡슐, 서비스 모듈로 나뉘어져 있다. 궤도 모듈에는 화장실과 식량을 공급할 수 있는 시설이 있으며, 둥근 창문이 있어 밖을 볼 수도 있다. 우주비행을 하는 우주 비행사들이 대부분 머무는 곳이다. 궤도 모듈은 지구를 떠나 우주정거장에 도킹할 때까지만 사용되고, 지구로 돌아올 때는 버리는 부분이다.

소유즈 TMA 우주선의 귀환 캡슐은 궤도 모듈 바로 뒤에 붙어 있는 것으로, 우주선이 발사할 때와 지구로 귀환할 때 우주 비행사가 탑승하는 곳이다. 최대 3명까지 탑승할 수 있다. 귀환 캡슐에는 우주선의 비행 상태를 보여주는 계기판과 같은 기록하고 측정할 수 있는 각종 장치와 귀환할 때 쓰는 낙하산, 우주인이 앉을 수 있는 의자가 설치돼 있다. 우주 비행사가 앉는 특수 의자는 우주선이 발사할 때와 착륙할 때 충격을 흡수하도록 스프링으로 연결돼 있다.

서비스 모듈에는 우주선의 궤도를 변경하거나 자세를 제어할 때 사용하는 로켓이나, 지구로 돌아올 때 사용하는 역추진 로켓이 있다. 지구와 통신할 수 있는 장치나 컴퓨터 시스템도 서비스 모듈에 있다. 서비스 모듈의 외벽에는 가로세로 1m의 태양전지판 4장이 붙어 있다. 이 태양전지판은 발사될 때는 접혀 있지만, 우주 궤도에 진입한 이후 펼쳐져 우주선에서 필요한 전기를 생산하는 역할을 한다.

우주선이 발사되고 난 후, ISS와 도킹하면 우주 비행사는 ISS의 거주 모듈로 이동하게 된다. ISS에서 생활한 후, 우주인들은 지구로 귀환하기 위해 우주선으로 옮겨 탄다. 우주선의 반동 제어 시스템이 점화하면서 우주선은 자연스럽게 우주정거장에서 떨어지게 된다. 우주 비행사는 귀환 캡슐에 있는 특수 의자에 앉아 귀환을 기다린다. 지구에 착륙 전 귀환용 캡슐이 분리되며, 상층 대기권에 진입하게 된다. 점점 속도를 줄여 낙하산이 펼쳐지며, 우주 비행사는 지구에 착륙하게 되는 것이다.

◆또 다른 우주선, 우주복

우주선이 고장이 나서 사람이 직접 고쳐야 한다거나, 우주정거장의 조립을 위해 사람이 직접 우주에 나가야 하는 경우가 있다. 이를 선외활동이라 하며, 이때 입는 옷을 선외활동용 우주복(EMU)라고 한다. 비교적 안전한 조건인 우주선에 비해 밖으로 나가는 일은 위험할 수밖에 없기 때문에, 우주 비행사를 지켜줄 수 있는 우주복은 필수적이다.

우주복에도 우주 비행사를 안전하게 지켜줄 수 있는 장치가 있다. 우주복 안의 환경을 지구와 비슷하게 제공함으로서 우주인이 호흡하고 활동할 수 있게 해준다. 우주복은 또 다른 우주선이라고 생각하면 된다. 우주 비행사의 건강이 자동체크 되고, 우주선과 통신이 가능한 장치가 있다.

우주공간에서는 임무를 수행하는데 많은 시간이 걸리기 때문에 우주 비행사가 배가 고플 때 음식을 먹을 수 있게 제작돼 있다. 우주복 내에는 사람이 견딜 수 있을 정도로 기압을 만들고 그 압력이 새지 않도록 하는 장치가 있다. 또한 가열, 냉각 시스템이 있어 춥거나 더운 환경에서도 견딜 수 있는 장치도 있다. 순도 100%인 순수한 산소도 들어 있어 우주 비행사의 호흡에 문제가 없도록 도와준다. 이 산소로 약 7시간 정도 우주 공간에서 활동할 수 있다. 산소의 공급, 이산화탄소 제거, 온도와 압력 유지가 우주복의 조건인 것이다.

◆우주 바다의 구명보트

최근 NASA(미항공우주국)가 ISS에서 사고가 발생할 때를 대비해 우주구명보트(life boat)를 만들고 있다고 밝혔다. 우주구명보트는 ISS에서 사고가 나면 우주 비행사들을 지구의 저궤도로 옮겨주는 역할을 한다. 바다의 구명보트와 같은 것이다. 우주구명보트가 만들어지면 최대 7명의 우주 비행사들을 장시간 대피시킬 수 있고, ISS에 더 많은 연구자들을 보낼 수 있다. 현재는 ISS에 도킹해있는 2대의 소유즈 우주선으로 대피시킬 수 있는 6명의 우주 비행사를 3명씩 보내고 있다.

또한 미국은 차세대 유인 우주선 ‘오리온(Orion)’을 개발하고 있다. 오는 12월에 발사 예정이다. 발사를 앞두고 많은 실험이 진행되고 있는데, 그 중 하나가 ‘비상 낙하산’이다. 우주 비행사가 지구에 착륙할 때나 비상시 사용하는 낙하산이 제대로 펼쳐지는지를 시험하는 것이다.

"가장 중요한 것은 우주 비행사의 안전"이라고 말하는 NASA. 안전사고에 대한 중요성이 커지고 있는 요즘, 우리가 본받고 배워야할 자세다.

글 심우 과학칼럼니스트

<참고자료>1. 처음 읽는 미래과학 교과서 - 우주공학2. 한국항공우주연구원 카리스쿨3. ZDNet Korea 2014년 5월 3일자, "NASA, 우주구명보트 만든다"

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