국제 우주 정거장(International Space Station, ISS) & 지구대기권

[長樂山人 이종인]

국제 우주 정거장(International Space Station, ISS) & 지구대기권

국제 우주 정거장(ISS)
2011년 5월 30일 STS-134에서 찍은 국제 우주 정거장
ISS 표장(標章)
일반 정보
호출부호	알파
승무원	3
발사날짜	1998년 ~ 현재
발사장소	케네디 우주센터 발사시설(LC-39), 바이코누르 우주 기지 LC-1/5 와 81/23
현재상태	궤도상
제원
중량	245,735 kg (2008-02-15) 471,736 kg 완성시 [1]
길이	58.2 m (2007-02-22)
높이	27.4 m (2007-02-22)
부피	424.75 m³
내부압력	101.3 kPa (760 mmHg)
궤도 정보
근지점	331.0 km (2008-02-15)
원지점	339.0 km (2008-02-15)
기울기	51.6410 도 (2008-02-15)
고도	340.5 km
속력	27,743.8 km/h (7706.6 m/s)
주기	91.34분
일일공전횟수	15.78224218 (2008-02-15)
기타 정보
궤도상 일수	5650일
체류일수	4939일
총 공전횟수	궤도일수 x 일일공전횟수
총 이동거리	2,000,000,000 km
자료참조날짜	2007년 11월 20일 (예외는 별도 기재)
자료 출처	[2] [3]
계획상의 ISS 완성도 (2006년 10월 그림)

국제 우주 정거장(國際宇宙停車場, : International Space Station, ISS)은

러시아와 미국을 비롯한 세계 각국이 참여하여 1998년에 건설이 시작된, 연구시설을 갖춘 다국적 우주 정거장이다. 2010년까지 완성되어 최소한 2016년까지는 운영될 계획이다. 2008년 기준으로 가장 큰 우주 정거장으로, 지상에서 육안으로 볼 수 있다.

ISS는 크게 러시아 섹션(ROS)과 미국 섹션(USOS)의 두 구역으로 나뉜다. ROS는 ISS 전체에 대한 유도, 항법, 통제, 메인 추진기관, 메인 생명유지장치를 담당한다. USOS는 가장 큰 실험실, 일본의 키보, 유럽의 콜럼버스, 2500 제곱미터 면적의 태양전지판, 추가적인 생명유지장치(산소발생기), 2번째 화장실을 담당한다.

ISS는 지구 저궤도에 속하는 350 km 고도에 떠 있으며,

시속 27,743.8 km의 속도로

매일 지구를 15.7 바퀴 돌고 있다.^[4]

※ 음속 = 마하 1. 0℃ 일때의 음속 1초에 331m, 시속 1224 km/h.

음속은 0℃ 1기압에서 몇 가지 물질의 속도를 보면,

공기는 331m/s, 물은 1402m/s, 바닷물은 약 1522m/s(20℃), 강철은 5941m/s이다.

밀도가 클수록 음속은 증가.

공기중에서 (331.5 ＋ 0.61T)m/s  15℃를 실온으로 보고

공기중에서는 초속 340m/sec, 시속 1,244km/Hr.

※ ISS 속도, 27,743.8 km/h   ☞  마하 약 22.7

2011년 4월 7일, 푸틴 러시아 총리는 3개의 모듈을 새로 추가해 ISS의 러시아 섹션이 2016년까지 완공될 것이며, ISS의 이용 기간을 2020년까지 연장하기로 파트너 국가들과 합의했다고 밝혔다.^[5]

 

• 1 역사
• 2 참여국가
  • 2.1 대한민국의 참여
• 3 건설 과정
  • 3.1 구성요소
• 4 연료 재보급과 추진
• 5 교신
• 6 취소된 계획
• 7 방문하는 우주선
• 8 같이 보기
• 9 주석 및 참고자료
• 10 바깥 고리

역사

1999년 6월의 ISS. 자랴와 유니티(노드 원)의 2개 모듈뿐이다

1980년대 초반, 미국의 NASA는 소련의 살류트와 미르에 대항하는 "프리덤 우주 정거장"을 계획한다. 이 계획은 1990년대까지 지속되다가, 소련이 해체되면서 취소되었다.

대신, 계획 말기에 미국 정부는 우주 정거장 건설에 여러 나라를 파트너로 참여시키기 위해 협상을 시작했고 1990년대 초반에 미국, 유럽, 러시아, 일본, 캐나다의 국제 우주 정거장 계획이 수립되기에 이르렀다.

이 프로젝트는 1993년에 "알파 우주 정거장"으로 발표되었다가 취소되었다.

이 계획은 아래 모든 우주 기구의 우주 정거장 계획을 하나로 합친 것이다:

• NASA의 프리덤 우주 정거장
• 러시아의 미르 2 우주 정거장
• JAXA의 키보 연구실 모듈
• ESA의 콜럼버스 연구실 모듈
  • 원래는 스카이랩처럼 독립형으로 발사될 계획이었다.
  • 2008년 2월 7일, 19 톤 무게의 콜롬버스 연구실 모듈이 발사되어 ISS에 도킹한다.

참여국가

참여 국가는

미국, 러시아, 프랑스, 독일, 이탈리아, 영국, 벨기에, 덴마크,

스웨덴, 스페인, 노르웨이, 네덜란드, 스위스, 일본, 캐나다, 브라질의 16개국이다.

대한민국의 참여, 역시 무산되었다.

2000년 미국은 한국에 우주관측장비를 함께 만들자는 제안을 하면서, 한국에 사람을 보내 기술검증까지 했으나, 예산을 확보하지 못해 무산되었다.^[6] 2001년 말 미국이 한국에 실험 모듈 건설을 제안해 온 적이 있는데, 비용이 2억 달러에 달해 참여를 포기했다.^[7] 2002년 4월 한국은 우주입자검출기사업을 추진했으나, 무산되었다. 2003년 다시 미국 NASA에 우주입자검출기사업 제안서를 제출했으나, 무산되었다.^[8] 러시아도 한국에 ISS 모듈 제작 사업을 제안했으나, 역시 무산되었다.

건설 과정

2006년 초까지, 당초 계획에 많은 변경이 있었다. 모듈 등 구조물들의 계획이 취소되거나 변경되었고, 우주왕복선의 비행계획도 대폭 축소되었다. 그러나 1990년대 후반의 ISS 계획에 80% 이상의 하드웨어 완공률을 보이고 있으며, 완공일자도 대폭 연기되었지만, 현재 완공된 상태이다.

아래쪽에서 바라본 ISS중심부 : A:자랴, B:유니티, C:즈베즈다, D:데스티니, E:퀘스트, F:방열판, G:하모니, H:콜롬부스, I:키보, J:캐나다암2, K:태양전지, L:트랜퀼리티, S:도킹 포트

ISS 구성도

러시아 우주비행사 세르게이 K. 크리카레프가 즈베즈다 모듈 안에서 사진을 찍고 있다.

ISS 건설에는 40 회 이상의 미우주왕복선의 비행이 요구되는데 이 중 33회의 우주왕복선 비행이 완료되었다. 다른 조립 비행은 러시아의 프로톤 로켓이나 소유스 로켓에 의해 이루어졌다. 또, 미국의 우주왕복선, 러시아의 프로그레스 화물선, 유럽의 ATV(Automated Transfer Vehicle), 일본의 HTV(H-II Transfer Vehicle) 등이 실험기구, 연료, 식량 등을 ISS에 운반할 것이다.

ISS는 부피가 약 1,000 m³,무게가 약 400,000 kg, 전기 출력은 약 100 kw, 구조물 길이는 약 108.4 m, 모듈 길이는 74 m가 되었고, 6명의 승무원이 생활할 수 있다.

구성요소

2007년 11월 기준으로, 국제 우주 정거장은 다음과 같은 모듈로 이루어져 있다.

모듈	조립/임무	발사체	발사일	길이 (m)	직경 (m)	무게 (kg)
자랴 FGB	1A/R	프로톤 로켓	1998년 11월 20일	12.6	4.1	19,323
유니티 Node 1	2A / STS-88	인데버 우주왕복선	1998년 12월 4일	5.49	4.57	11,612
즈베즈다	1R	프로톤 로켓	2000년 7월 12일	13.1	4.15	19,050
Z1 트러스	3A / STS-92	디스커버리 우주왕복선	2000년 10월 11일	4.9	4.2	8,755
P6 트러스 - 태양 전지판	4A / STS-97	인데버 우주왕복선	2000년11월 30일	73.2	10.7	15,900
데스티니	5A / STS-98	애틀랜티스 우주왕복선	2001년 2월 7일	8.53	4.27	14,515
캐나다암2	6A / STS-100	인데버 우주왕복선	2001년 4월 19일	17.6	0.35	4,899
조인트 에어록 - 퀘스트 에어록	7A / STS-104	애틀랜티스 우주왕복선	2001년 7월 12일	5.5	4.0	6,064
도킹 구역 - 피어즈 에어록	4R	소유스 로켓	2001년 9월 14일	4.1	2.6	3,900
S0 트러스	8A / STS-110	애틀랜티스 우주왕복선	2002년 4월 8일	13.4	4.6	13,970
가동 베이스 시스템 폴 캐나다암2	UF-2 / STS-111	인데버 우주왕복선	2002년 6월 5일	5.7	2.9	1,450
S1 트러스	9A / STS-112	애틀랜티스 우주왕복선	2002년 10월 7일	13.7	3.9	12,598
P1 트러스	11A / STS-113	인데버 우주왕복선	2002년 11월 24일	13.7	3.9	12,598
외부 적재 플랫폼 (ESP-2)	LF1 / STS-114	디스커버리 우주왕복선	2005년 7월 26일	4.9	3.65	2,676
P3/P4 트러스 - 태양 전지판	12A / STS-115	애틀랜티스 우주왕복선	2006년 9월 9일	13.7	5.0	16,183
P5 트러스 [9]	12A.1 / STS-116	디스커버리 우주왕복선	2006년 11월 10일	3.4	4.6	1,864
S3/S4 트러스 - 태양 전지판 [10]	13A / STS-117	애틀랜티스 우주왕복선	2007년 6월 8일	13.7	5.0	16,183
S5 트러스	13A.1 / STS-118	인데버 우주왕복선	2007년 8월 8일	3.4	4.6	1,864
외부 적재 플랫폼 (ESP-3)	13A.1 / STS-118	인데버 우주왕복선	2007년 8월 8일	4.9	3.65	2,676
하모니 Node 2	10A / STS-120	디스커버리 우주왕복선	2007년 10월 24일	7.2	4.4	14,288
콜럼버스 연구실 모듈	1E / STS-122	애틀랜티스 우주왕복선	2008년 2월 7일	6.87	4.49	19,300
키보 모듈(ELM-PS) 덱스터 캐나다 로봇팔	1J/A / STS-123	인데버 우주왕복선	2008년 3월 11일	3.9	4.4	4,200
키보 모듈(PM) 키보 모듈(JEMRMS)	1J / STS-124	디스커버리 우주왕복선	2008년 5월 31일	11.2	4.4	15,900
S6 트러스 - 태양 전지판	15A / STS-125	애틀랜티스 우주왕복선	2008년 8월 28일	73.2	10.7	15,900
키보 모듈(EF, ELM-ES)	2J/A / STS-127	애틀랜티스 우주왕복선	2009년 7월 15일
EXPRESS 병참 수송선 1, 2	ULF3 / STS-129	애틀랜티스 우주왕복선	2009년 11월 16일
도킹 화물 모듈[11] EXPRESS Logistics Carriers 3, 4	ULF4 / STS-131	애틀랜티스 우주왕복선	2010년
Node 3	20A / STS-132	디스커버리 우주왕복선	2010년
관측천장	20A / STS-132	디스커버리 우주왕복선	2010년	1.5	2.95	1,880
EXPRESS 병참 수송선 5, 1	ULF5 / STS-133	애틀랜티스 우주왕복선	2010년
다목적 연구실 모듈 유럽 로봇팔	3R	프로톤 로켓	2011년 12월	13	4.1	21,300

연료 재보급과 추진

이 부분의 본문은 ISS 추진 모듈입니다.

2007년 기준으로 유도, 항법, 조종, 추진을 담당하는 핵심적인 ISS 모듈은 러시아의 즈베즈다 서비스 모듈과 프로그레스 우주선이다. 미래에는 ESA의 ATV도 이 역할을 함께 할 것이다.

ISS는 고도 유지, 우주 쓰레기 회피, 고도 조정을 위해 매년 평균 7000 kg의 추진제(propellant)를 필요로 한다. 2014년경에는 105,000 kg의 추진체가 매년 필요할 것이다. 7000 kg의 추진제를 보급하기 위해서는 여러 번의 화물 공급 우주선의 발사가 필요하다. 현재는 프로그레스 우주선을 매년 6회 발사하여 이를 충당한다.

프로그레스 M 화물우주선은 1100 kg, 프로그레스 M1 화물우주선 은 1950 kg, 유럽 우주국의 ATV는 4000 kg, 미국의 Interim Control Module은 5000 kg의 연료(fuel)를 탑재한다.

미국의 우주왕복선은 232 kg의 연료를 ISS의 추진을 위해 사용할 수 있고, 특별히 ISS 추진을 위한 임무를 수행하는 경우 1626 kg의 reboost fuel이 가능하다.

자랴 모듈의 FGB는 5500 kg, 즈베즈다 모듈은 860 kg의 연료를 탑재한다. 그러나 이 두 모듈의 추진기는 예비용으로, ISS의 수명이 다하는 경우 마지막으로 사용하게 된다.

교신

일본 야에스사의 VX-7R 무전기. 이런 햄용 핸디무전기로 전 세계인은 국제우주정거장과 교신한다

ISS는 전 세계인과 햄(아마추어 무선)으로 교신한다. 햄들은 보통 송신출력 5W의 핸디무전기로 ISS와 교신한다. 평일 0900UTC, 1200UTC, 1900UTC, 주말 토요일 1200UTC 부터 일요일 1900UTC의 네 시간대를 통해 우주인들과 교신할 수 있다. 145.800 Mhz에 수신주파수를 맞추고, ITU Region 2(미국)와 Region 3(한국)에서는 144.490 Mhz로 음성 송신을 하면 된다.^[12] 우주인들이 무선교신을 하는 네 시간대 중에서도, ISS가 근처를 지나가는 시간대여야만 교신이 가능하며, 이것은 인터넷에 궤도 계산 사이트를 통해 알 수 있다.^[13]

2008년, 한국인 최초의 우주인 이소연은 한국인들과 햄교신 행사를 가졌다.^[14]

취소된 계획

• 분리기 설비 모듈(Centrifuge Accommodations Module) - Node 2에 부착될 예정이었다.
• 러시아 연구 모듈(Russian Research Module) - 러시아의 2번째 연구실 모듈이었는데, 예산 문제로 범용 도킹 모듈과 함께 취소되었다. 러시아는 따라서 1개의 연구실 모듈과 1개의 다목적 연구실 모듈만 운영한다.
• 범용 도킹 모듈(Universal Docking Module) - 다목적 연구실 모듈(Multipurpose Laboratory Module)로 대체되었다.
• 도킹 및 적재 모듈(Docking and Stowage Module) - 다목적 연구실 모듈(Multipurpose Laboratory Module)로 대체되었다.
• 거주 모듈(Habitation Module)
• 대원 귀환선 (CRV)(Crew Return Vehicle (CRV))
• 중간 조종 모듈(Interim Control Module) - 즈베즈다를 교체할 필요가 없어졌다. (필요시 신속한 발사를 위해 보관될 것이다.)
• ISS 추진 모듈(ISS Propulsion Module) - 즈베즈다를 교체할 필요가 없어졌다.
• 사이언스 파워 플랫폼(Science Power Platform) - 러시아 설비로부터 전기가 공급될 것이다. 미국 태양전지판에서도 일부 공급될 것이다.

방문하는 우주선

• 우주 왕복선 - 보급, 조립, 승무원 교체 등을 위해 비행한다.
• 소유즈 우주선 - 승무원 교체와 비상탈출에 사용된다. 6개월마다 교체된다.
• 프로그레스 화물우주선 - 무인우주선이다. 보급에 사용된다. 2007년 기준으로, 매년 6회 발사되어 연료를 공급한다.
• 유럽 우주국의 ATV(Automated Transfer Vehicle). 보급선이다. ATV는 개발이 완료되었으며, 2008년 3월 9일 아리안 5 로켓에 의해 최초로 발사되었다.
• 일본 JAXA의 HTV(H-II Transfer Vehicle). 키보 모듈에 보급하는 데 사용된다. 2009년 9월 H-IIB 로켓에 의해 최초로 발사되었다.
• 예정: 스페이스X 드래곤. NASA의 상업용 궤도수송 서비스이다. 2009년 예정
• 예정: 클리퍼 러시아 우주 왕복선. 승무원 교체와 보급 수송에 쓰일 예정이다. 2012년에 계획되어 있다.
• 예정: CEV(Crew Exploration Vehicle). 승무원 교체와 보급 수송에 쓰일 예정이다. 2014년에 계획되어 있다.
• 예정: CSTS. 소유스 파생형이다. 유럽-러시아 합작개발 우주선이다. 승무원 교체와 보급 수송에 쓰일 예정이다. 2014년에 계획되어 있다.

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지구 대기권(Earth atmosphere)

지구 대기권(地球大氣圈, Earth atmosphere)은

지구를 둘러싸고 있는 공기층을 일컬으며 고도에 따라서 생기는 중력의 차이와 대기에 흩어져 있는 여러 가지 화학분자의 밀도에 따라서 여러 층으로 나누어 볼 수 있으며 각각의 층은 고도에 따라서 기온이 차가 심한 것을 관측할 수 있다. 이와 함께 대기권은 비록 미소하지만 전자의 량에 따라서 전하가 가능한 전리층과 이것이 거의 없는 중성층으로 나누어 볼 수도 있다.

목차

• 1 지구 대기권의 구분
  • 1.1 대류권
  • 1.2 성층권
  • 1.3 중간권
  • 1.4 열권
  • 1.5 외기권
• 2 지구 대기권의 구성 물질

지구 대기권의 구분

지구 대기권은 특성에 따라 지표면에서부터

대류권, 성층권, 중간권, 열권, 외기권의 다섯 층으로 나눌 수 있다.

지구 대기권의 구분

대류권

이 부분의 본문은 대류권입니다.

대류권은 지표면에 가장 인접한 대기의 층이다. 대류권은 지표면의 복사열에 의해 가열되므로, 고도가 높아질수록 온도는 낮아진다. 즉 온도가 높은 공기가 아래쪽에 있으며, 이는 열역학적으로 매우 불안정하므로 쉽게 난류와 기상현상이 발생한다. 대류권에는 무거운 공기 분자가 모여있으며, 전체 대기 질량의 거의 80%가 모여있다. 대류권은 극지방에서는 지표면으로부터 7–8 km 정도 까지의 영역이며, 적도지방에서는 더 높아 18 km 정도까지의 영역이다.

성층권

이 부분의 본문은 성층권입니다.

성층권은 대류권과 반대로 지상에서 올라갈수록 온도가 상승한다. 성층권의 가열 원인은 오존으로, 오존이 태양으로부터의 자외선을 흡수함에따라 가열되며, 따라서 고도가 높아질수록 온도는 상승하게 된다. 온도가 높은 공기가 위에 있으므로 열역학적으로 안정하며, 이러한 이유로 난류가 발생하지 않으므로, 비행기 고도(11–13 km)로 이용되기도 한다. 성층권은 대류권 위쪽에 위치하며, 대략 지표면으로부터 50 km 정도까지의 영역이다.

중간권

이 부분의 본문은 중간권입니다.

중간권은 다시 고도가 올라갈수록 온도가 감소하는 영역이다. 이 영역에서는 대류현상이 일어나 약간의 구름이 형성되기도 하지만 기상현상은 일어나지 않는다. 지상 50 km에서 80 km까지의 높이이며, 야광운이 생기기도 한다.

열권

이 부분의 본문은 열권입니다.

열권은 중간권 상부의 층으로, 올라갈수록 기온이 상승한다. 그 이유로는, 열권의 밀도가 매우 낮기 때문에, 적은 열로도 온도가 많이 올라가기 때문이다. 또 다른 이유로는, 태양에 가깝기 때문이라는 이유도 있지만 큰 영향력을 받지는 않는다. 이곳에서는 강력한 태양풍을 직접 맞아서 원자가 전리화되기 때문에 전리층으로 불리기도 한다. 강한 전리층은 전파를 반사하며, 이러한 반사 현상을 이용하여 원거리 무선통신을 하기도 한다. 지상 80–90 km에서 시작하여 500–1000 km까지의 높이이며, 오로라가 생기기도 한다.

외기권[편집]

이 부분의 본문은 외기권입니다.

외기권은 지구 대기가 우주 공간과 접하는 최외곽 영역이다. 이 곳에 존재하는 대부분의 가스는 수소와 헬륨이며, 우주공간으로 빠져나가기도 한다. 외기권은 500–1000 km 상공에서 시작하며, 끝나는 지점은 특별한 의미는 없지만 10,000 km 정도까지로 생각하기도 한다.

지구 대기권의 구성 물질

지구 대기권 구성 물질의 부피 비율

종류	부피
질소 (N2)	78.084%
산소 (O2)	20.946%
아르곤 (Ar)	0.9340%
이산화탄소 (CO2)	365 ppmv[1]
네온 (Ne)	18.18 ppmv[1]
헬륨 (He)	5.24 ppmv[1]
메탄 (CH4)	1.745 ppmv[1]
크립톤 (Kr)	1.14 ppmv[1]
수소 (H2)	0.55 ppmv[1]
수증기 (H2O) [2]	일반적으로 1%

위 표에 언급되지 않은 미미한 분자

종류	부피
일산화질소 (NO)	0.5 ppmv[1]
제논 (Xe)	0.09 ppmv[1]
오존 (O3)	0.0-0.07 ppmv[1] (겨울에는 0.0-0.02 ppmv[1])
이산화질소 (NO2)	0.02 ppmv[1]
아이오딘	0.01 ppmv[1]
일산화탄소 (CO)	극미량
암모니아	극미량