우주복의 원리

우주복 (Space Suit) 우주여행을 하기 위해서는 우주복의 착용이 필수적임   ○ 우주복의 무게 : 우주비행사의 체중에 맞추어 제작되나 무게는 무려 84kg(달에서는 14kg)   ○ 우주복의 구성   - 3겹의 내복 / 다른 종류의 천으로 만든 22겹의 외복 - 냉각수 ; 우주복안의 온도가 올라가는 것을 막기 위함 - 휴대용 식수통 - 갑작스러운 배설을 위한 기저귀 - 간이생명유지장치 ; 산소공급, 온도, 습도 조절기능 및 우주복 압력조정과 통신장비 전력공급 (이 장비로, 7시간 정도 달에서 활동 가능하다)   1.우주복과 우주환경   우주복은 우주비행사들이 우주공간에서 인체를 보호할 목적으로 만든 특수한 옷으로 우주 공간에서는 반드시 우주복을 입어야지만 반드시 생명을 유지할 수 있다. 인간은 지구에서와 같은 복장으로는 우주에서 생명을 유지할 수 없다 . 이때문에 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 비행선 밖으로 나와 자유롭게 활동하기 위해서는 몸을 보호 할 수 있는 최첨단 우주복을 입어야만 한다.   물론, 우주선 안에서는 우주선 자체가 적절한 압력을 조절해 주기 때문에 우주복 없이도 활동할 수 있다. 우리가 살고 있는 지상의 대기는 20%의 산소와 80%의 질소로 구성돼 있다. 하지만 해발 5.5km고도의 대기는 지상의 대기에 비해 공기밀도가 약 50% 에 불과하고, 약 12km가 되면 공기층이 너무 얇아져서 압축 산소마스크도 더 이상 제기능을 못한다. 더 높이 올라가 고도 19km이상의 높이에서는 호흡에 필요한 산소를 공급하고 우리 몸속의 체액이 액체 상태로 되어 있기 위한 압력을 유지해줘야 한다. 그렇지 않으면 주변의 공기압력이 너무나 낮아 몸속에 있는 체액이 끓어 넘칠 것이다.   인간의 신체는 9천ｍ만 올라가도 질소가 혈액속으로 녹아들어가 피의 흐름을 막기 때문에 특수장치가 필요하다. 2만ｍ정도 올라가면 대기압이 줄어 세포에서 기포가 생기며 혈액은 끓어오른다. 4만ｍ가 되면 우주에서 쏟아지는 우주선(COSMIC RAY)으로부터 인체 조직을 보호해줄 질소조차 남아있지 않다.     2.우주복의 기능   우주복은 옷의 내압, 온도는 항상 일정하고 산소공급과 이산화탄소의 제거가 원활해야 하고, 선외활동을 하는 우주비행사와 선내와의 사이에 통신연락과 생리의 자동검사가 실시 되어야 하고, 우주복을 입은 채 작업동작이 쉽고 쾌적해야 하며, 유성진 ·우주선 ·자외선 ·태양복사 등의 극단적인 조건에 견디고, 우주선으로부터의 독립성이 높은 것 등의 성능이 필요하다.   우주왕복선용 우주복은 약 29kpa(0.3기압)정도의 압력이 유지된다. 그리고 우주복 속에는 20%가 아닌 100% 산소가 들어있는데 우주비행사들은 우주선이 출발하기 몇시간 전부터 순수한 산소를 호흡하게 된다. 이러한 이유는 몸속에 녹아 있는 질소가 없어져야만 압력이 감소됐을 때 이것이 가스방울로 방출되는 것을 막을 수 있기 때문이다. 또한 우주복은 우주공간의 극단적인 온도변화로부터 우주인을 보호하는 것이다. 실제로 우주공간은 태양빛을 흡수하는 대기층이 없어 태양빛이 닿는 쪽과 반대편이 약 120도씨 정도의 고온과 ?120도정도의 극저온을 나타낸다. 이런 온도변화의 폭을 견딜 수 있도록 하는 것이 우주복의 기능이다.     3.우주복의 구조   우주복은 우주비행사들의 활동영역과 임무에 따라 조금씩 다르게 제작되어진다. 우주 왕복선을 위한 우주복은 최소 8년 정도를 사용할 수 있게 만들어지는데 화성이나 달 여행 때와는 달리 진공과 거의 무중력에 가까운 상태에서도 견딜 수 있게 설계된다.   우주복은 여러가지 서로 다른 기능을 지닌 직물이 여러겹으로 겹쳐져 만들어진다. 우주인의 피부에 가장 가까운 안쪽 2개층은 신축성이 있는 합성섬유(스판텍스)로 국수 가닥과 같이 생긴 플라스틱 튜브(약 92cm)가 냉각수를 흐르게 하여 우주비행사의 체온을 일정하게 유지시켜 주는 기능을 한다. 우주비행사들은 또 우주복안의 온도가 올라가는 것을 막기 위해 냉각수가 흐르는 속옷을 입고 사람의 몸속에서는 엄청난 열이 발생하므로 냉각수는 우주복에서는 꼭 필요하다.   다음은 공기를 담고 있는 우레탄층과 공기가 부풀어오르지 않도록 막는 데이크론층으로 이루어졌다. 데이크론층은 우주복이 급격한 기압의 변화에서도 터지지 않도록 특수 합성 섬유를 이용해 단단하게 만들어졌다. 나머지 7개의 층은 단열 기능과 우주 먼지, 각종 전자파나 방사능 등이 들어오지 못하도록 방어벽 역할을 한다.   우주복의 단면을 보면, 단열을 위한 알루미늄 코팅 특수섬유가 5개층으로 돼 있고, 4개층의 폴리에스터 부직포 층이 있다. 또 그 위에 단열과 마모방지를 위한 2개층의 폴리아미드 섬유층과 테프론이 코팅된 직물이 자리잡고 있다. 가장 바깥 층은 하얀 테프론 직물로 열과 추위로부터 우주인을 보호하고 압력을 유지시켜 준다. 또 작은 유성체와 충돌하거나 달 표면을 걸을 때 혹시 있을지도 모르는 사고에 대비해 마모와 찢어짐에도 안전할 수 있도록 설계한다.   달우주복은 우주비행사들의 체중에 맞춰 제작한 맞춤식으로 돼 있다 . 무게는 무려 84㎏이나 되나 달에서는 14㎏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.   우주복은 미국의 경우 4개의 층으로 되어 있는데, 제일 바깥쪽은 은백색의 내열성 나일론 이고, 다음은 화학섬유의 그물 모양 층이며, 세 번째 층이 우주복 속의 산소가 바깥으로 새어 나가지 않게 하기 위한, 즉 나일론 바탕에 합성고무를 칠한 층이고, 네 번째 층이 우주복의 라이너에 해당되며, 나일론 천으로 미끄러지기 쉽게 되어 있다.   이상이 표준형 우주복인데, 제미니 7호부터는 내열나일론과 나일론 바탕에 합성고무를 칠한 2층만으로 부드럽게 만들게 되었다. 또, 머큐리 계획의 우주복은 마크 4호라고 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 덕분으로 우주에는 대기압이 작용하지 않으며, 숨쉴 산소도 없기 때문에 우주복 안은 100%의 산소로 채워져 있다.   허리, 팔꿈치, 어깨, 손목, 무릎, 그리고 발목부분에는 고무와 베어링이 들러 있어 활동성을 향상시킨다. 우주복은 기본적으로 견고하게 만들어져야 하나 달에서 암석수집과 관측 장비를 설치하는 등의 활동을 할 수 있게 어느정도 유연성도 갖춰야 한다.     4.우주복의 착용   우주선 밖의 우주공간으로 나가기 위해 우주비행사가 우주복으로 완전무장하는 데는 대략 45분이 걸린다. 속옷을 입고, 냉각장치가 된 옷을 입고, 그 위에 웃옷과 바지를 다시 입는다. 그 다음 신발을 신고, 헬멧을 쓴다. 필요한 연장과 장비도 우주복에 부착한다.   우주복을 입을 때에는 우선 아래 몸통 부분을 입고 우주선의 벽에 고정돼 있는 윗 몸통 속으로 미끄러지듯 들어간다. 우주 비행사들은 우주복 속에 최대 흡수내의(MAG)라는 남녀 공용 성인용 기저귀를 착용 한다. 만약 우주 유영을 할 때 오줌이 마려우면 그냥 그대로 '쉬'하면 된다. 쉬한 기저귀는 나중에 우주선 안의 쓰레기통에 버린다. 또, 남자는 오줌을 받아 저장하는 오줌 수거 장치 (UCD)를 작용하고, 여자는 1회용 오줌 흡수 트렁크(DACT)를 입기도 한다.   우주복을 모두 차려 입었을 때의 무게는 약 48kg 정도여서 우주공간에서의 작업이 제한 받을 수 밖에 없다. 이 문제를 해결하기 위해 미항공우주국(NASA)은 티탄섬유를 우주복 으로 상용하려고 한다. 머지 않아 훨씬 가벼운 우주복이 우주비행사 뿐만 아니라 우주여행 시대 일반인에게도 필요하게 될 것이다.     5.우주인의 장비     헬맷, 통신장비, 몸통, 장갑, 장화, 생명 유지장치 등으로 구성된다.   *헬멧   장갑을 낀 후에는 작은 유성체나 자외선, 적외선으로부터 보호하는 기능을 갖는 헬멧을 착용한다. 헬멧은 강한 폴리카보네이트로 만든다. 태양빛으로부터는 눈을 보호하기 위해 금으로 도금된 창이 헬멧의 앞쪽에 붙어 있다. 헬멧을 썼을 때는 외부와의 통신이나 식사, 또 배설도 가능하게 조립되어 있다.   *장갑   우주비행사들이 착용하는 장갑은 대략 한 짝에 약2천 4백만원 정도로 고급 승용차 한 대가격이며 장갑의 손가락 끝부분은 장비를 조작할 때의 감도를 높이기 위해 실리콘 고무로 만들어진다. 압력밀봉장치가 장갑과 몸체 우주복의 연결부위에 장착돼 있다. 발사시에 끼는 검은 고무로 된 압력장갑 위에 작업용 장갑을 덧끼고 사용한다.   *장화   우주복의 압력장화 위에 덧신토록 돼 있는 작업용 장화의 안창은 실리콘 고무이며 바깥은 금속섬유로 만든 직물이다. 발가락 부분과 장화의 안쪽은 가벼우면서도 단열이 충분히 이루어질 수 있도록 만들어진다.   *생명 유지장치   우주복 뒷부분에 부착된 간이 생명 유지장치는 산소를 공급하고 온도와 습도를 조절하며 우주복압력을 조정하고 통신장비에 전력을 공급한다. 이 장비로7시간 정도 달에서 활동할 수 있으며 30분 정도의 예비 산소가 있다.