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우주상식 (2) 우주복 (上)




2. 우주복

우주복과 우주환경

우주복은 우주비행사들이 우주공간에서 인체를 보호할 목적으로 만든 특수한 옷으로 우주공간에서는 반드시 우주복을 입어야 생명을 유지할 수 있다. 이 때문에 우주비행사들은 우주에서 견딜 수 있도록 특수 제작된 우주복을 입는다.

우주는 우리가 살고 있는 지구와는 다른 환경으로 되어 있다. 대기압이 작용하지 않고 산소가 없는, 그리고 태양열에 의한 극고온과 극저온의 환경이 반복되는 공간이다. 또한 빠른 속도로 날아다니는 우주먼지와 각종 전자파 및 방사능 등이 우주비행사들을 위협하고 있다. 따라서 우주비행사가 우주선 밖으로 나와 자유롭게 활동하기 위해서는 몸을 보호할 수 있는 최첨단 우주복을 입어야만 한다. 물론 우주선안에서는 우주선 자체가 적절한 환경을 제공해 주기 때문에 우주복없이도 활동할 수 있다.

우리가 살고 있는 지상의 대기는 20%의 산소와 80%의 질소로 구성돼 있다. 하지만 해발 5.5km 고도의 대기는 지상의 대기에 비해 공기밀도가 약 50%에 불과하고, 12km가 되면 공기층이 너무 얇아져서 압축 산소마스크도 더 이상 제기능을 못한다. 고도가 19km 이상이 되면 몸 속의 체액을 액체상태로 유지하기 위한 압력이 인공적으로 제공되어야 한다. 그렇지 않으면 주변의 공기압력이 너무 낮아 몸 속에 있는 체액이 끓어 넘칠 것이다. 인간의 신체는 9천m만 올라가도 질소가 혈액 속으로 녹아 들어가 피의 흐름을 막기 때문에 특수장치가 필요하다. 2만m 정도 올라가면 대기압이 줄어 세포에서 기포가 생기며 혈액은 끓어 오른다. 4만m가 되면 우주에서 쏟아지는 우주선(COSMIC RAY)으로부터 인체 조직을 보호해 줄 질소조차 남아 있지 않게 된다.


우주복의 기능

우주복은 우주복 내부의 압력과 온도를 항상 일정하게 유지해야 하고 산소공급과 이산화탄소의 제거를 원활하게 해야 한다. 또한 선외활동을 하는 우주비행사와 우주선 사이의 통신연락이 가능해야 하고 선외활동을 하는 우주비행사의 생리활동 자동검사가 가능해야 한다. 물론 우주복 착용 상태에서의 작업동작이 쉬우면서도 쾌적하게 이루어져야 한다. 유성진·우주선·자외선·태양복사 등의 극단적인 조건에 견딜 수 있어야 하고, 우주선으로부터의 독립성 역시 높아야 한다.

우주왕복선용 우주복은 약 29kpa(0.3기압) 정도의 압력이 유지된다. 그리고 우주복 속에는 20%가 아닌 100% 산소가 들어 있는데 우주비행사들은 우주선이 출발하기 몇 시간 전부터 순수한 산소를 호흡하게 된다. 이러한 이유는 몸 속에 녹아 있는 질소가 없어져야만 압력이 감소됐을 때 이것이 가스방울로 방출되는 것을 막을 수 있기 때문이다. 또한 우주복은 우주공간의 극단적인 온도변화로부터 우주비행사를 보호하게 된다. 실제로 우주공간은 태양빛을 흡수하는 대기층이 없어 태양빛이 닿는 쪽과 그렇지 않은 쪽이 약 120도의 고온과 영하 120도의 극저온을 나타낸다. 우주복은 이러한 온도변화의 폭을 견딜 수 있어야 한다.


우주복의 구조

우주복은 우주비행사들의 활동영역과 임무에 따라 조금씩 다르게 제작된다. 우주왕복선을 위한 우주복은 최소 8년 정도를 사용할 수 있게 만들어지는데 달여행 때와는 달리 진공과 거의 무중력에 가까운 상태에서도 견딜 수 있게 설계된다.

우주복은 여러가지 서로 다른 기능을 지닌 직물이 여러 겹으로 겹쳐져 만들어진다. 우주인의 피부에 가장 가까운 안쪽 2개층은 신축성이 있는 합성섬유(스판텍스)로 국수가닥과 같이 생긴 플라스틱 튜브(약 92cm)를 통해 냉각수를 흐르게 하여 우주비행사의 체온을 일정하게 유지시켜 주는 기능을 한다. 우주비행사들은 또 우주복 내부의 온도가 올라가는 것을 막기 위해 냉각수가 흐르는 속옷을 입게 된다.

그 다음은 공기를 담고 있는 우레탄층과 공기가 부풀어오르지 않도록 막는 데이크론층으로 이루어져 있다. 데이크론층은 우주복이 급격한 기압의 변화에서도 터지지 않도록 특수 합성섬유를 이용해 단단하게 만들어졌다. 나머지 7개의 층은 단열기능과 우주먼지, 각종 전자파나 방사능 등이 들어오지 못하도록 하는 방어벽 역할을 한다.

우주복의 단면을 보면, 단열을 위한 알루미늄 코팅 특수섬유가 5개 층으로 돼 있고, 4개층의 폴리에스터 부직포층이 있다. 또 그 위에 단열과 마모방지를 위한 2개층의 폴리아미드 섬유층과 테프론이 코팅된 직물이 자리잡고 있다. 가장 바깥층은 하얀 테프론 직물로 열과 추위로부터 우주인을 보호하고 압력을 유지시켜 준다. 또 작은 유성체와 충돌하거나 달표면을 걸을 때 혹시 있을지도 모르는 사고에 대비해 마모와 찢어짐에도 안전할 수 있도록 설계한다.

달에 사용되는 우주복은 우주비행사들의 체중에 맞춰 제작한 맞춤식으로 돼 있다. 무게는 무려 84kg이나 되나 달에서는 14kg 밖에 되지 않는다. 미국의 달 우주복은 3겹의 내복과 서로 다른 종류의 천으로 만든 22겹을 두른 외복으로 돼있어 극심한 달의 온도변화와 작은 유성의 충돌로부터 우주비행사를 보호해준다.

우주선 내부에서 사용되는 우주복은 미국의 경우 4개의 층으로 되어 있는데, 제일 바깥쪽은 은백색의 내열성 나일론이고, 다음은 화학섬유의 그물모양층이며, 세 번째 층이 우주복 속의 산소가 바깥으로 새어 나가지 않게 하기 위한, 즉 나일론 바탕에 합성고무를 칠한 층이고, 네 번째 층이 우주복의 라이너에 해당되며, 나일론천으로 미끄러지기 쉽게 되어 있다. 이상이 표준형 우주복인데, 제미니 7호부터는 내열나일론과 나일론 바탕에 합성고무를 칠한 2개층만으로 부드럽게 만들게 되었다. 또 머큐리 계획의 우주복은 마크4호라고 하여, 머큐리 캡슐 내의 공기가 새어 지상의 1/4기압이 되면 우주복의 공기 출입구가 자동적으로 닫히고, 다른 출입구에서 공기가 들어와 우주복 속은 원래의 기압이 된다.

이처럼 우주복이 인간을 보호할 수 있는 것은 완벽한 신소재 방어벽 덕분이다. 허리, 팔꿈치, 어깨, 손목, 무릎, 그리고 발목부분에는 고무와 베어링이 들어 있어 활동성을 향상시킨다. 우주복은 기본적으로 견고하게 만들어져야 하나 달에서 암석수집과 관측 장비를 설치하는 등의 활동을 할 수 있게 어느 정도 유연성도 갖춰야 한다.

< 자료제공 : 대한민국 공군, 2003. 4. 29 >

2003-04-29 17:15:30 프린트하기
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