국제 우주 정거장에 숨어있는 과학상식들
ISS (인터내셔널 스페이스 스테이션)는 인류가 건설한 최대의 우주 구조물입니다. 지상 350km 상공을 초속 8km, 시속으로는 약 28만km로 나는 우주 정거장이지요.
2010년에 완공되어 제작에만 총 12년이 걸린 대형 다국적 프로젝트이기도 합니다.
지구에서는 한치의 양보도 없는 유럽, 러시아, 미국입니다만, 우주에서만큼은 협력하는 모습을 보여, ISS는 진정한 인류화합의 상징이기도 했습니다.
(문장이 과거형이지요? 서방의 경제제재로 러시아의 ISS 운영이 삐걱거리고 있으며, 최근 NASA 역시 ISS 보다는 달탐사, 화성탐사에 더 무게를 두고 있습니다.)
450톤의 기지가 우주에서 운영 된다는게 참 신기할 뿐인데요. 흥미를 가지고 이런저런 내용을 찾아보다가 몇 가지 의문이 들었습니다.
ISS는 유성과 우주 쓰레기로부터 어떻게 안전할까
영화 그래비티를 보면 우주 쓰레기가 얼마나 치명적인지 잘 나옵니다.
폭파된 위성의 잔해가 우주 왕복선을 덮치면서 일어나는 일을 그린 영화인데요.
이들 잔해가 총알보다 빠른 속도로 날라와 스페이스셔틀은 물론 ISS까지 날리는 장면이 등장하지요.
이를 방지하기 위해 NASA에서는 2만개 이상의 대형 데브리를 실시간으로 추적하고 있습니다.
우주 부유물로부터 ISS를 방어하기 위해 두 가지 수단을 사용하는데요.
첫째로는 튼튼한 보호막입니다. 다겹의 케블라-넥스텔 외피를 둘러, 작은 부유물이 충돌하더라도 내부에 균열이 생기지 않게 해 주는 겁니다.
방탄복에 많이 사용되는 소재인데, 여러 층으로 겹겹이 만들어 데브리의 운동 에너지를 흡수해 주게 됩니다. (일부 초기 모듈은 다판 구조의 알루미늄 외피라고 하는군요.)
다음으로는 자체 궤도 수정입니다.
거대 구조물이라 엔진이 달려 있긴 할까 싶었는데, 서비스 모듈인 즈베즈다에 궤도 수정용 엔진이 달려 있었습니다.
ISS 진행 방향으로 가속을 하게 되면, 속도가 빨라지면서 고도를 높일 수 있습니다.
위에서 대형 우주 데브리의 궤도는 추적 중이라고 말씀드렸는데요. 이들의 궤도가 ISS와 겹치게 되면 고도를 변경하여 피하게 됩니다. 그런데 이와 관련한 흥미로운 일이 있었습니다.
많은 추진제가 필요한 ISS
1년에 약 6차례 정도 무인 우주선 (프로그레스)을 발사하여 ISS에 물자를 보급하는데요. 이 프로그레스를 이용하여 ISS의 궤도를 수정했다는 내용입니다.
즈베즈다의 자체 추진 시스템으로 궤도 수정이 여의치 않을 경우, 혹은 큰 폭의 고도 수정이 필요한 경우는 우주선을 도킹시켜 도움 받는 경우가 있습니다.
기사에는 언급이 되어 있지 않지만, 대형 데브리와의 충돌을 피하기 위해서 였던 걸로 알려졌지요.
게다가 ISS와 같은 저궤도 (LEO) 위성들은 반드시 주기적으로 가속을 해 주어야 합니다. 공기 저항 때문입니다.
우주인데 공기 저항이라니 좀 의아하지요? 높은 궤도이긴 해도 여전히 공기 분자가 존재하고, 덕분에 ISS의 속도는 항상 일정 속도로 줄어들고 있습니다.
속도가 줄면 고도가 떨어지는 건 당연지사. 덕분에 가속이 불가능했던 초창기 우주 스테이션들은 1년이 안 되는 짧은 수명을 가지고 있었습니다.
ISS의 경우 가속을 위해 1년에 약 7톤의 연료 (추진체)가 필요한 걸로 알려져 있지요.
시시각각 이동형상을 바꾸는 ISS
형상을 바꾸다니, 뭔 뚱딴지 같은 소리인가 하실 겁니다. ISS는 매 순간 형상이 조금씩 바뀌는데, 태양 전지판의 효율을 높이기 위해서입니다.
ISS는 하루에 약 15번 가량 지구를 돌지요. 이때 태양빛을 받는 방향도 같이 바뀌게 됩니다.
태양 전지판이 수직으로 되어 있으면 발전효율이 떨어지고, 이를 방지하려면 ISS의 태양 전지판이 항상 태양을 향하도록 해야 합니다. 해바라기와 비슷하다고 할까요.
태양 전지판 뿐만이 아니라 때로는 정거장 전체의 진행 방향을 바꾸는 경우도 있습니다.
주축을 중심으로 스스로 한 바퀴 도는 기동을 하기도 하는데요. 소유즈 우주선을 분리할 때 간혹 이런 작업이 이루어집니다.
우주선의 접근 방향과 도킹 스테이션의 방향이 맞지 않거나, 특수 선외 작업이 필요할 때, 90도 혹은 180도로 자세를 바꾸는 메뉴버가 실시됩니다.
ISS가 워낙 덩치가 커서 자세제어 엔진을 사용하는 건 불가능 하고, 대부분 내장된 자이로를 이용해서 회전을 한다고 하는 군요. (ZPM, Zero Prop Maneuver)
ISS에서는 영어 외에 러시아어가 필수적인 걸까
아시는대로 미국의 우주왕복선 스페이스셔틀 프로그램은 모두 폐지되었습니다.
ISS건설에 중추적인 역할을 맡았던 스페이스 셔틀이 사라지면서 현재 모든 승무원은 소유즈를 통해 올라가고 내려옵니다.
(보급에는 각국 우주기관 및 민간의 '무인 우주선'이 이용되고 있습니다.)
그리고 소유즈는 러시아의 우주선이지요. 덕분에 ISS 승무원들은 영어와 러시아어를 구사할 수 있어야 합니다.
소유즈 내부의 장치들을 보면 모두 러시아어로 되어 있는데, 읽을 줄 알아야 조작이 가능하거든요.
소유즈 뿐만이 아닙니다. ISS의 핵심 서비스 모듈은 러시아의 즈베즈다 입니다. 즈베즈다는 ISS의 제어 전반을 담당하는 일종의 핵심 컨트롤 모듈입니다.
러시아 우주인들이 운영한다 하더라도, 비상시를 대비한다면 반드시 러시아어를 알아야만 합니다.
ISS 운영국에 유럽의 ESA가 있으니 이들의 경우는 최소 3개국어를 할 수 있어야 하는 셈입니다. 뭐, 이소연씨와 같이 우주관광객의 경우는 예외겠지만요.
과히 인류 공학기술의 결정체라고 할 수 있는 ISS. 하지만 안타깝게도 이 대형 구조물의 미래는 불투명합니다.
운영 주도국인 러시아와 미국은 ISS에서 손을 뗄 움직임을 보이고 있습니다.
러시아는 자체 우주 스테이션을 건설하겠다고 발표했고, NASA 역시 유인 달기지, 화성기지 프조젝트인 콘스텔레이션에 더 집중하겠다고 선언했습니다.
ISS의 민간 이양을 위해 이미 물자 보급에 스페이스X의 드래곤 무인 화물선이 활용되고 있는데요. 국제정세가 어떻게 요동치는지에 따라 ISS의 미래가 결정된다니 참 안타까울 따름입니다.
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