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우주복의 원리
우주는 우리가 사는 지구와는 매우 다르다. 진공상태로 인해 대기압이 적용되지 않는 곳이며, 태양열은 극도의 고온과 극저온을 반복함으로써, 섭씨 수백 도까지 올라간다. 우주 먼지와 전자파, 방사능도 우주 비행사를 위협하고 있다. 이런 악조건 속에서 우주비행사들은 최첨단 우주복을 입기 때문에 우주에서 임무를 수행할 수 있다.
우주인과 비행선을 서로 연결해 먼지, 자외선, 일사량으로부터 우주인을 보호하는 동시에 내부 압력과 온도를 일정하게 유지시켜주고 산소를 공급해 주고 이산화탄소를 제거해 주고 서로 연결해준다. 인간은 고도 9km를 올라가면 생명의 위협을 받는다. 질소가 혈액 속으로 녹아들어 혈액의 흐름을 멈추기 때문이다. 약 20km 고도에서 대기압이 떨어지고 세포에서 거품이 형성되며 피가 끓는다.
만약 남자가 알몸으로 우주로 나간다면 어떻게 될까?
인체는 하나의 기압을 유지한다. 지구의 대기압은 하나의 기압으로 자신의 몸을 압박하고 있기 때문에 같은 힘으로 자신을 밀어내고 있는 것이다. 그러나 우주 공간은 진공, 즉 대기압이 0이다. 기압이 내려가면 액체의 비등점이 줄어든다. 즉 높은 산에서 밥을 지으면 100C 이하의 온도에서 끓어 잘 익지 않는다는 것이다. 대기압이 0인 우주에서는 상온에서도 사람의 피가 끓어 죽는다.
진공상태는 공기가 없다는 것을 의미하므로 숨을 쉴 수 없다. 게다가 우주에는 우주선이 있다. 지구에는 오존층과 대기층이 있어 자외선 등 인체에 해로운 광선을 여과한다. 우주복에도 그런 메커니즘이 있다. 그러나 우주복을 입지 않으면 그런 광선에 직접 노출된다.
우주는 진공청소기와 같다. 가정에서 사용하는 진공청소기의 원리는 내부의 압력을 낮추어 주변 공기와의 압력 차이를 이용하여 먼지를 빨아들이는 것이다. 우주는 거의 대기 앞이 0인 진공 상태이기 때문에 맨몸으로 우주에 나가는 것은 온몸을 진공청소기가 빨아들이는 느낌과 비슷할 것이다. 따라서 특별히 제작된 우주복 없이는 우주에서 생명을 유지할 수 없다. 지금부터 우주복의 인체와 형태, 물질, 기능 등을 보호하면서 우주복이 어떻게 우주에서 자유롭게 여행할 수 있는지 살펴보자.
우주복의 구조
우주복은 헬멧, 장갑, 부츠, 신체, 생명 유지 장치로 구성되어 있다. 헬멧은 작은 유성체, 자외선, 적외선으로부터 보호한다. 금도금 창문이 있어 햇빛으로부터 눈을 보호하며 소통과 먹이가 가능하도록 설계됐다. 아머는 실리콘 고무를 사용해 우주에서 장비를 운용할 때 감도를 높이며, 차체 연결부와 장갑은 압력 밀봉 장치로 강하게 연결된다. 내부는 실리콘 고무로, 부츠 외부는 금속 섬유로 만든 직물. 그것은 가볍고 잘 단열되어 있다. 우주복 뒤에는 생명 유지 장치도 설치돼 있다. 산소를 공급하고 습도와 압력을 조절하며 통신에 필요한 전기를 공급한다.
우주복의 몸체는 12~14단으로 구성돼 있으며 각 층에서 우주비행사들이 임무를 수행할 수 있도록 설계됐다. 신축성 있는 소재로 우주인의 몸을 밀착시키는 스판덱스 레이어, 냉각수가 흐를 수 있는 레이어, 공기를 함유한 우레탄 레이어, 압력 차이로 인해 공기가 분출되는 것을 방지하는 테크론 레이어 등으로 구성됐다. 특히 테크론 층은 공기로 깨지지 않도록 튼튼하게 만들지만, 1 기압은 1m당 10t으로 유지되는 것도 같은 이유다. 층 위에는 7개 층을 더 배치해 단열과 보호를 제공한다.
여기에는 우주 먼지가 스며들지 않고 깨지지 않는 방탄조끼를 만들기 위한 케블라 레이어가 포함된다. 우주복이 이처럼 열악한 환경에서 인간을 보호할 수 있는 이유는 많은 신소재의 집합체이기 때문이다. 우주선에서 빠져나오기 위해 우주복을 입는 데는 약 45분이 걸린다. 그러나 공간 복합 눈의 압력에 적응하는 데는 약 1시간이 더 소요된다. 우주선 내부의 압력은 지구의 압력과 같으며, 지구의 공기와 비슷한 성분비를 가지고 있다.
만약 임무를 수행하다가 소변이 마려우면 그냥 그대로, 그리고 그 기저귀는 돌아와서 쓰레기통에 버리면 되는 것이다. 남성은 소변 보관을 위해 소변 회복장치(UCD)를 착용하고 여성은 소변 흡수 트렁크(DACT)를 착용한다. 배고픔의 경우 우주복의 몸과 헬멧 사이에 음식과 물이 있기 때문에 스틱 같은 음식은 손을 대지 않고 빨대를 이용해 물을 마시지 않아도 쉽게 먹을 수 있다.
이 장비들은 모두 무게가 100kg 정도 나가며 매우 무겁다. 그러나 우주 공간은 무중력 상태여서 임무를 수행하는 데 큰 문제가 없다. 달의 경우 지구 중력의 6분의 1을 더하기 때문에 100kg 우주복의 무게는 약 14kg이 나간다. 하지만 우주공간은 무중력 상태이기 때문에 임무를 수행하는 데 큰 어려움은 없다. 달의 경우 지구 중력의 1/6의 중력이 가해지기 때문에 100㎏의 우주복이 14㎏ 정도의 무게로 느껴질 것이다. 하지만 더 효율적인 임무 수행을 위해서 미 항공우주국(NASA)은 NASA 티탄 섬유를 이용한 우주복을 만들려고 하고 있다. 이러한 준비는 머지않아 찾아올 우주여행 시대에 일반인에게도 편안한 여행을 제공하는데 큰 도움이 될 것이다.