[생활속과학원리찾기]한국의 우주비행사는 뭘하죠

초파리 이용한 중력반응 노화연구 신물질 개발…
중력상태서 못하는 과학실험 시도

우주여행은 이처럼 노래는 물론 각종 영화와 드라마에서 다뤄질 정도로 인류가 생겨난 뒤 항상 꿈꿔 왔던 일이다. 이미 인간은 달에 착륙했으며, 이제는 지구 밖에서 우주정거장을 만들어 살 정도가 됐다. 또 한국인에게 우주여행은 선진국에서나 가능한 먼 이야기였지만, 최근 우주정거장에 가는 우주비행사를 선발하면서 더 이상 먼나라 이야기가 아니게 됐다.
◆한국인 우주비행사는 무슨 일을 할까?
한국인 최초의 우주인을 선발하기 위해 실시한 공개 모집에서 1만8000 대 1의 경쟁을 뚫고 우주비행사 남녀 후보 2명이 선발됐다. 러시아 가가린 우주인 훈련센터에서 훈련을 마친 뒤 이들 중 1명은 우주에 가게 된다.
이 한국 출신 우주비행사는 2008년 4월 러시아 소유즈호를 타고 국제우주정거장으로 가서 과학실험을 비롯한 여러 가지 임무를 수행하게 된다. 초파리를 이용한 중력 반응과 노화연구 등을 진행하고 김치, 인삼차 등 한국 전통음식을 우주식으로 개발하는 과학실험에도 참여한다. 또 우주정거장에서 물이 어는 모습을 지구에 있는 학생들에게 보여주면서 우주에 대해 교육을 할 예정이다.
지금 한국은 첫 우주비행을 앞두고 들떠 있지만 이웃나라들은 이미 우주비행을 경험했다. 일본은 이미 여러 차례 우주정거장에 우주비행사를 보냈으며, 현재는 이런 경험을 토대로 국제우주정거장에 실험모듈을 만들어 운영할 계획이다. 중국도 러시아와 미국에 이어 인간을 태운 로켓이 우주에 갔다오는 데 성공하면서 국민들에게 폭발적인 관심을 얻기도 했었다.
◆우주정거장은 우주의 집
그렇다면 우주비행사들이 머무는 우주정거장은 어떤 곳일까? 우주정거장은 한마디로 말해 지구궤도를 돌고 있는 커다란 구조물이라고 보면 된다. 우주정거장은 여러 개의 작은 모듈(작은 우주선)들이 연결된 것으로, 각 모듈은 생활공간이나 실험공간 등으로 사용된다.
15년을 활약한 러시아 우주정거장 미르호는 2001년 태평양에 떨어뜨려 폐기했고 현재는 미국, 러시아, 유럽연합 등이 함께 만든 국제우주정거장 ISS(International Space Station)가 지구궤도를 돌고 있다.
우주정거장은 앞으로 인류가 태양계의 더 먼 곳으로 여행할 때 전초기지로 사용할 수 있다. 또 인간이 얼마나 오랫동안 우주에서 머물 수 있는지에 대한 연구도 진행된다. 가장 오랫동안 우주공간에서 체류한 러시아 우주비행사 발레리 폴라코프는 438일을 머물렀다. 그는 인간이 무중력 상태, 방사능 노출, 스트레스를 견디고 우주공간에서 오래 동안 머물 수 있다는 것을 보여주었다.
즉 우주정거장은 우주인이 머무는 집이면서 우주 개발을 위한 실험장소이고, 인간이 우주로 진출하기 위한 발판과 통로 역할을 하고 있는 것이다.
◆우주정거장이 무중력인 이유는?

◇한국이 만든 2단형 중형 과학로켓 KSR-Ⅱ의 발사장면.

우주정거장은 우주공간에서 그대로 멈춰 있는 것이 아니라 일정한 궤도를 그리며 지구 주위를 돌게 된다. 지구와 충돌하지 않고 원을 그리며 끝없이 아래로 떨어지는 셈이므로 우주정거장 안에 있는 우주비행사와 물체들의 무게는 ‘0’이 된다. 이해하기 어렵다면 놀이공원에 있는 ‘자이로드롭’이란 놀이기구를 탔을 때를 상상하면 된다.
또 무게라는 것은 우리가 경험하는 중력의 크기를 뜻하기 때문에 무게가 ‘0’이면 중력을 못 느낀다. 즉 우주정거장은 중력이 없어진 것이 아니라 중력을 느끼지 못해 무중력 상태인 것이다.
무중력 상태인 우주정거장은 지구의 환경과 매우 다르다. 머리를 지구 쪽으로 해 물구나무를 서고 아무리 오래 있어도 전혀 힘이 들지 않다. 또 서서 잠을 자도 누워서 자는 것과 차이가 없을 정도로 힘이 들지 않는다. 음료수를 컵에 따르면 공중에 액체 방울로 떠오르기 때문에 반드시 빨대로 마셔야 한다. 어떤 우주비행사들은 무중력 상태에 익숙해질 때까지 우주멀미를 앓기도 한다.
◆무중력 공간에서 일어나는 신체의 변화
무중력 상태인 우주정거장에 체류하는 우주비행사의 몸은 많은 변화를 겪게 된다. 아래로 당기는 중력이 작용하지 않아 피가 위로 많이 퍼져 얼굴이 붓고 근육을 사용할 일이 거의 없어서 약해진다. 또 무중력 상태이므로 척추 사이의 물렁뼈가 눌리지 않게 돼 키도 커진다.
움직임도 지구와 달라진다. 지구에선 발을 땅에 딛고 걷는 것이 자연스럽고 쉬운 일이지만 우주정거장에선 보통 어려운 일이 아니다. 또 나사를 돌리려고 힘을 주면 몸이 돌아가기도 한다. 이 때문에 우주비행사들은 급강하하는 제트 비행기나 물속에서 무중력 상태에 적응하는 훈련을 먼저 한 뒤에 우주정거장에서 생활하게 된다.
또 무중력 상태의 우주정거장은 지구에서 만들기 어려운 신물질을 만들 수 있는 장소로 주목받고 있다. 중력이 작용하지 않아 여러 물질을 섞어도 가라앉지 않는 균일한 물질을 쉽게 만들 수 있다. 머지않아 ‘메이드 인 스페이스’라는 상표가 붙은 고순도 의약품, 크리스털 제품을 볼 날이 올 수 있을 것이다.
김현빈 서울 관악고 지구과학 교사