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우주정거장
우주정거장(Space Station)은 우주에서 안정된 궤도로 일정한 상태에 있으면서 특정한 임무를 수행하고 우주선이 정박할 수 있는 환경이 갖추어진 인공위성을 말한다. 우주정거장은 로켓이나 우주선처럼 단순히 우주를 왕복하는 수단이 아니라 우주에 상주하는 구조물이다. 우주여행에서의 중계 기지인 우주정류장(宇宙停留場)과는 조금 개념이 다르다.
현재까지는 지구 저궤도(LEO; low earth orbit) 정거장만이 실현되었다. 이러한 우주정거장을 궤도정거장(orbital stations)이라고도 한다. 우주정거장은 주요 추진장치와 착륙설비가 없다는 점에서 우주선과 구분된다. 대신, 다른 우주선들이 우주정거장에 승무원과 화물을 싣고 나른다. 우주정거장은 수 주에서 수 년까지 궤도상에서 생활하기 위해 만들어졌다. 현재 사용되고 있는 우주정거장은 국제우주정거장(ISS)뿐이며, 이전에는 살류트 시리즈, 스카이랩, 미르, 톈궁 1호 등이 있었다.
우주정거장은 다른 우주선에서 실행된 실험보다 그 회수 및 시간이 더욱 확장된 연구를 할 수 있는 제반 환경을 마련한다. 예컨대 장기간의 우주 비행이 인체에 주는 영향에 관한 연구가 그러하다. 소유즈 11호로부터 살류트 1호에 이르기까지 모든 우주 체류 기록은 우주정거장에서 수립되었으며, 2016년부터 2018년까지 879일간 국제 우주 정거장에 체류한 겐나디 파달카가 가장 오래 체류한 사람이다. 페기 휘트슨은 국제 우주 정거장에 377일간 체류하여 여성 중 가장 오래 체류한 사람이 되었다.
개요
우주정거장은 지구궤도에 건설되는 대형 우주 구조물로서 사람이 반영구적으로 생활하면서 우주실험이나 우주관측을 하는 기지이다. 사람이 우주공간으로 진출하기 위해 지구에서부터 우주정거장까지 사람이나 기자재를 우주왕복선으로 옮긴 뒤 이곳에서 다시 정비하여 본격적인 우주항행을 하게 되므로, 우주정거장은 우주 진출의 전초기지(前哨基地)이다.
지금까지 개발된 우주정거장은 주로 사람이 우주공간에 적응할 수 있는 장소를 제공해왔으며 최초의 우주정거장은 러시아의 살류트(Salyut)로서 1971년 4월에 발사되어 궤도에 돌고 있는 소유스 10호와 결합하여 무게 26t, 길이 23m의 우주정거장을 이루었다. 이곳에는 총 22명의 승무원이 탑승하여 1,600회의 각종 실험과 관찰을 하여 인간이 장기적으로 우주공간에 적응할 수 있음을 보여주었다.
미국의 최초 우주정거장은 스카이랩(Skylab)로서 1973년 5월에 발사되었으며, 초기에 태양전지판에 이상이 생겨 승무원이 우주공간에서 수리작업을 하여 제기능을 회복하였다. 스카이랩은 무중량상태에서 인간활동에 대한 실험과 지구와 우주관측 등의 임무를 수행한 후 1980년 7월 지구 대기권에 돌입되어 분해된 후 인도양으로 가라앉았다.
2세대 우주정거장으로 러시아의 우주정거장 미르(Mir)가 1986년 2월에 발사되었다. 미르는 모두 6개의 접속장치를 가지고 있고 3개의 모듈로 구성되어 있는 총길이 13m에 지름 4.2m, 총무게 21t의 대형 우주정거장으로 유리 로마넨코가 326일간을 체류하는 기록을 세움으로써 인간이 우주공간에서 영구히 거주할 수 있는 가능성을 보여주었다.
이후 미국은 길이 100m, 무게 300t의 초대형 우주정거장 프리덤(Freedom) 개발을 유럽우주기구(ESA), 캐나다, 일본과 같이 공동으로 추진할 계획을 세웠다. 그러나 수백조 원의 예산 문제로 프리덤의 개발은 취소되었고, 다시 전체 규모를 축소하고 국제우주정거장(International Space Station, ISS) 계획을 수립하여 진행하였다. 국제우주정거장은 1993년에 개발이 시작되었지만 2003년 2월 1일 지구로 귀환하던 우주왕복선의 폭발사고 등으로 지연되어 2011년 완공되었다.
우주정거장에서는 지구중력의 약 1백만분의 1인 마이크로 중력(거의 무중량상태)을 가지며 이러한 무중량상태를 이용하여 지구상에서는 지구중력 때문에 불가능한 순도 100%의 결정체(結晶體)를 만들 수 있으며 이러한 기술은 새로운 재료의 합성이나 신의약품 제조에 활용된다. 또한 식물이나 동물이 무중량상태에 어떻게 적응하는지에 대한 관찰과 실험을 한다.
사람이 무중량상태에 있으면 우주공간에서 떠다니는 상태가 되며 모태(母胎)에서 느끼는 태아의 상태와 유사하다. 무중량상태에서 운동을 하게 되면 팔과 다리가 자유롭게 유영(游泳)하게 되는데, 조그만 힘으로도 멀리 유영하게 되며 한 지점에 고정하는 것이 힘들어진다.
또한 인체의 혈액순환도 하반부에서 상반부로 쉽게 순환되기 때문에 인체의 각 부분이 장력(張力)을 잃어버리고 모든 근육이 부유하는 듯한 기분을 느낀다. 우주에서의 식사는 우주식(宇宙食)으로, 잘 포장된 음식물을 유영하면서 하게 되며 대소변은 벽에 붙은 쓰레기 처리장치에서 좌석벨트를 메고 하게 되는데 여기에는 하수구가 없고 휴지는 특수용기에 넣어 처리된다.
우주정거장에서는 밤낮의 구분이 명확하지 않고 태양이 하루에 두 번 떴다 진다. 이러한 상황에서 잠을 자기 위하여 수면마스크를 착용하고 고정대(固定帶)를 사용한다.
역대 우주 정거장
대표적인 우주 정거장은 아래와 같다.
- 살류트 프로그램 (소비에트 연방, 1971년~1986년)
- 살류트 1호 (1971년 6월 19일~1971년 10월 11일) : 미국의 달 착륙으로 인해 소련이 우주경쟁에서 밀린 후 눈길을 돌려 만든 세계 최초의 우주정거장이다. 1971년 4월 19일 바이코누르 우주기지에서 프로톤 로켓을 사용하여 발사하였다. 그러나 궤도상에 전개한 후에도 일부 커버가 벗겨지지 않아 몇몇 관측장비를 사용할 수 없었다. 1971년 10월 11일 지구에 재진입하면서 소멸하였다.
- DOS-2 (1972년 7월 29일, 진입 실패) : 살류트 프로그램의 일환으로 발사되었지만 궤도에 도달하지 못하고 태평양에 떨어졌다. 궤도에 도달했다면 살류트 2호로 지정되었을 우주정거장이지만 해당 스테이션의 백업장치로 조립되었기 때문에 구조적으로는 샬루트 1호와 동일했다.
- 살류트 2호/알마즈 (1973년, 1973년 4월 3일~1973년 4월 16일) : 살류트 1호에서 우주 정주의 가능성을 확인한 소련 우주 당국은 우주 공간 무기 시스템을 띄워두고 인간이 상주하며 관리할 구상, 이른바 알마즈 계획(Almaz Project)을 마련한다. 바로 이 살류트 2호가 그 첫단추인 것. 살류트 2호가 정상적으로 궤도에 진입하긴 했지만, 발사 과정에서 약간의 문제가 있었다. 발사 로켓의 마지막 단계에서 경미한 폭발이 일어났던 것이다. 일단 살류트 2호의 운용에는 큰 문제가 없었으므로 그냥 운용하기로 결정한다. 그런데 13일 후 살류트 2호의 기압조절장치에 문제가 생겼고 연이어서 고도제어장치가 고장난다. 고도를 일정하게 유지할 수 없게 되자 선체에는 균열이 가기 시작했고 결국에는 자가분해되는 수순을 겪었다. 우주인이 직접 가본 적이 없기 때문에 자가분해의 정확한 원인을 알긴 어렵지만, 발사 당시에 있었던 경미한 폭발로 인해 기체에 미세한 균열이나 구멍이 생겨 기체에 이상이 생긴 것으로 추정되고 있다.
- 코스모스 557 (1973년 5월 11일~1973년 5월 22일) : 원래 살류트 3호로 발사될 예정이었으나 스카이랩 발사 3일 전인 1973년인 5월 11일에 궤도에 진입하지 못해 모스모스 557로 개명했다.
- 살류트 3호/알마즈 (1974년 6월 25일~1975년 1월 24일) : 살류트 2호와 마찬가지로, 알마즈 계획의 일환으로 건조된 우주 정거장이다. 이 우주 정거장은 성공적으로 궤도에 진입하였으며, 30mm NR-30 기관포 1문을 장착하고 있었다. 소련 우주당국은 이러한 사실을 극비 사항으로 분류하였으며 이 사실은 소련이 붕괴된 후에 알마즈 계획의 실체가 나타나면서 공개되었다. 이와 함께 지상 정찰 카메라도 장착되어 있었는데 이후 지속적으로 부설되어 폐기 직후에는 14개의 정찰 카메라가 장착되어 있었다. 우주 공간에서의 무기 체계의 가능성에 대해서 조사하는 것을 주목적으로 하고 있었으며, 아울러 지상 정찰 기능도 수행하였다. 총 두 차례에 걸쳐 우주인이 방문하였다.
- 살류트 4호 (1974년 12월 26일~1977년 2월 3일) : 2호나 3호와 달리 알마즈 계획의 일환으로 제작된 우주 정거장이 아니었다. 과학적인 목적으로 제작된 우주 정거장이었기 때문에 직경 25cm의 태양 관측 망원경, 2기의 X레이 망원경을 장착하고 있었으며, 이후 소유즈 우주선을 통하여 4기의 광학 망원경도 가설되었다. 살류트 4호에 설치된 망원경은 최초의 대기권 외 관측 망원경이라는 점에서 큰 의의를 가지며, 이 망원경과 관측결과는 미국의 허블우주망원경 개발을 자극하였다. 또한 살류트 4호는 최초로 1년 이상 우주 공간을 비행한 인공 건조물로 총 770일간을 우주비행하였다. 세 차례에 걸쳐 우주인이 방문하였으며, 세번째 방문에서는 우주인들이 기체 내에서 채소를 길러 먹은 것으로 유명하다.
- 살류트 5호/알마즈 (1976년 6월 22일~1977년 8월 8일) : 1976년 살류트 계획의 일환으로 발사된 알마즈 우주 정거장은 소련군을 위해 발사된 세 번째이자 마지막 우주 정거장이었다. 두 명의 소유즈 우주 비행사가 각각 두 명의 우주 비행사가 우주 정거장을 방문했다. 세 번째 소유즈 탐사선이 정거장을 방문하려 했으나 도킹에 실패했고, 네 번째 탐사도 계획되었으나 발사되지는 않았다.
- 살류트 6호 (1977년 9월 29일~1982년 7월 29일) : 소련은 일련의 새 유인 우주 비행 준비 계획의 일환으로 새 무인 우주 정거장 살류트 6호를 지구 궤도에 발사했다. 샬류트 계획의 8번째 정거장이다.
- 살류트 7호 (1982년 4월 19일~1991년 2월 7일) : 바이코누르 우주 기지에서 프로톤 로켓을 사용하여 발사하였다. 1991년 2월 7일 지구에 재진입하였다. 무인상태로 임무 대기 중이던 1985년 갑자기 동력 시스템이 다운되는 고장이 발생, 급파된 소유즈 T-13 우주비행사들의 수리를 거쳐 다시 운용이 재개되었다. 이것은 우주에서 고장난 우주선을 수리한 첫번째 사건이었다.
- 스카이랩 (미국, 1973년 5월 14일~1979년 7월 11일) : 미국 최초의 우주정거장이다. 3회의 유인 비행으로 총계 171일 13시간에 걸쳐서 인간을 우주에 체류시켰고, 또 지구를 2000회 이상 돌았다. 비행사가 선외 활동을 행한 시간은, 42시간 16분에 이른다. 또 8종류의 태양 관측을 포함한 과학 실험에 든 시간은 대략 2000 시간 정도이다. 태양의 코로나 홀 (Coronal hole)은 스카이랩에 의해서 발견되었다. 인간이 장기간 무중력에서 생활하는 것에 관한 조사도 많이 행해졌다.
- 미르 (소비에트 연방/러시아, 1986년 2월 19일~2001년 3월 23일) : 소비에트 연방이 발사한 우주 정거장이다. 1986년 2월 19일 소련의 바이코누르 기지에서 발사되어 2001년 3월 23일 지구 대기권에 재진입하면서 파괴될 때까지 다양한 실험에 사용되었다. 미르는 1971년까지 발사된 소련의 살류트 우주정거장 시리즈에 기초하고 있다. 이것은 주로 러시아의 소유스 우주선과 프로그레스 화물선에 의해 운영되었다. 부란 우주왕복선이 계획되었으나, 후에 취소되었다. 미르의 목적은 거대한, 거주가능한 우주 과학실험실의 마련이었다.
- 국제 우주정거장(약자 ISS) (러시아, 미국, 일본, 유럽 우주 기구, 캐나다, 브라질, 이탈리아, 1998년 11월 20일~현재) : 거대 다국적 우주정거장으로, 약자는 ISS이다. 질량 470톤, 길이 108.5미터, 폭 72.8미터의 월드컵 축구 경기장 크기로써 인류가 지금까지 만든 가장 큰 우주비행체이자 가장 비싼 단일 건축물이다. 미국, 영국, 프랑스, 러시아, 일본, 이탈리아, 독일, 네덜란드, 벨기에, 스위스, 스페인, 스웨덴, 덴마크, 노르웨이, 캐나다, 브라질이 참가하고 있으며, 실제로 이 나라 저 나라에서 만든 모듈들을 조립해서 정거장을 만들었기 때문에 International이라는 이름이 붙었다. 그러나 정작 이곳에 사람과 물자를 보내는 국가기관은 딱 4개 뿐인데, NASA와 러시아 연방 우주국, 유럽 우주기구, 일본 우주항공 연구개발기구이다.
- 톈궁1호 (중화인민공화국, 2011년 9월 29일~ 2018년 4월 2일) : 중국의 유인 우주 정거장으로 2011년 9월 29일에 발사되어 2018년 4월 2일까지 활약하였다. 톈궁 계획은 이의 연장으로서 중국 독자의 우주정거장을 세우는 것이다. 이를 위해 실험용으로 발사한 것이 바로 톈궁 1호이다. 톈궁1호는 길이 10.4ｍ, 최대 직경 3.35ｍ, 무게 8.5t으로 실험 모듈과 동력을 제공하는 2개의 모듈로 구성되어 있다. 그러나 실험용으로서 톈궁 1호는 추후 발사될 우주선과의 도킹 연습을 하는 것이 가장 큰 목적으로 이곳에서 실험 및 우주인의 중ㆍ장기 체류는 이뤄지지 않는다.
- 톈궁2호 (중화인민공화국, 2016년 9월 15일~ 2019년 7월 19일) : 2016년 9월 15일 주취안 우주기지에서 톈궁 2호가 발사되었다. 톈궁 1호와는 달리, 2호는 장기체류를 목표로 만들어졌다. 창정 2F 발사체로 발사되었으며, 2016년 10월 17일에 발사될 선저우 11호와 도킹해서 우주인들이 이곳에서 30일간 지낼 예정이라고 한다. 이것을 토대로 2020년 독자적인 우주 정거장을 본격적으로 운용한다고 한다. 톈궁 1호와 마찬가지로 텐궁 2호도 수명이 다 되어 2019년 7월 18일 대기권으로 낙하되어 폐기되었다.
- 톈궁3호 (중화인민공화국, 2021년~) : 톈궁 1,2호는 시험용이었지만, 2021년부터 궁극적인 우주정거장의 주모듈을 발사하는 등, 본격적인 중국 우주정거장 건설이 시작된다. 명칭은 이전에 알려졌던 '톈궁 3호' 대신 그냥 '톈궁 우주정거장'(天宫号空间站)이라고 불린다. 완전체는 ISS의 약 1/3 정도 면적을 가진다고 한다.
- 루나 게이트웨이 (러시아, 미국, 유럽 우주국, 일본, 캐나다, 오스트레일리아 등, 2022년~) : 국제우주정거장 다음으로 계획된 우주정거장이다. 지구가 아닌 달에 띄운다는 게 특징이다. 지구가 아닌 천체에 건설되는 최초의 우주정거장으로서 달 탐사는 물론 유인화성우주선 건설 지원을 맡은 우주정거장이다. 컨스텔레이션 계획의 후계인 유인 달 탐사 계획 아르테미스 계획의 일환으로 미국 주도 아래 유럽, 캐나다, 일본은 물론 스페이스X와 같은 민간 기업까지 약 12개국의 기관과 민간 기업들이 이 사업에 참여하고 있고 현재 21개국이 참여하겠다는 의사를 밝혔다. 오리온 우주선과 오룔(우주선)이 해당 우주정거장을 사용할 계획이다.
참고자료
- 〈우주정거장〉, 《위키백과》
- 〈우주정거장〉, 《나무위키》
- 〈우주정거장〉, 《두산백과》
- 〈톈궁〉, 《나무위키》
- 〈스카이랩〉, 《나무위키》
- 〈굮제우주정거장〉, 《나무위키》
- 〈살류트 프로그램〉, 《나무위키》
- 〈미르〉, 《위키백과》
같이 보기
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