국제우주정거장의 내부 생존 시스템 – 우주 속 생명을 지키는 과학

인류는 지구를 떠나 우주로 진출하는 데 성공했으며, 그 대표적인 상징이 바로 **국제우주정거장(ISS, International Space Station)**입니다. 지상 400km 상공을 약 90분마다 한 바퀴 도는 이 우주정거장은 다양한 과학 실험과 국제 협력이 이루어지는 우주의 전초기지로, 최대 6명의 우주비행사가 수개월 이상 머물며 생활합니다. 하지만 우주는 생명체가 살기에 극도로 적합하지 않은 환경입니다. 진공 상태, 강한 방사선, 낮은 기압, 극한 온도 변화 등은 인간에게 치명적입니다. 따라서 ISS는 인간이 생존할 수 있도록 매우 정교하고 치밀한 내부 생존 시스템을 갖추고 있습니다.

 

 

이번 글에서는 국제우주정거장에서 우주비행사들이 어떻게 숨 쉬고, 물을 마시고, 체온을 유지하고, 폐기물을 처리하며 살아가는지, 그 생존 시스템의 핵심 구성 요소들을 소개합니다.

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1. 산소 공급 시스템 (Oxygen Generation System, OGS)

인간이 가장 먼저 필요한 것은 호흡할 수 있는 산소입니다. 국제우주정거장은 다음과 같은 방식으로 산소를 공급합니다.

• 수전해 방식: 미국 모듈에는 ‘OGS(Oxygen Generation System)’가 있으며, 전기를 이용해 물을 수소와 산소로 분해합니다. 이때 생성된 산소는 캐빈 내부로 공급되고, 수소는 외부로 배출됩니다.
• 러시아 모듈에는 별도의 전기분해 장치인 ‘Электрон(에렉트론)’ 장치가 있으며, 유사한 방식으로 산소를 생산합니다.
• 보조 장치: 산소 캔이나 고체산소 발생기(SFOG)도 비상용으로 탑재되어 있습니다.

이러한 시스템은 실시간 산소 농도를 감지해 자동으로 조절되며, 이산화탄소의 축적을 막기 위한 이산화탄소 제거 장치와 함께 작동합니다.

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2. 이산화탄소 제거 시스템 (CO₂ Scrubbing)

호흡하면서 발생하는 이산화탄소가 정거장 내부에 축적되면 인체에 유해합니다. 이를 해결하기 위해 정거장에는 다음과 같은 장치가 있습니다.

• CDRA(Carbon Dioxide Removal Assembly): 미국 모듈에 설치되어 있으며, 리튬 하이드록사이드 필터를 통해 CO₂를 흡수합니다.
• ВКС 시스템: 러시아 모듈의 CO₂ 제거 장치로, 열 재생 방식의 흡착제를 이용해 이산화탄소를 제거합니다.
• 새로운 기술로는 CO₂를 다시 물이나 연료로 전환하는 실험이 병행되고 있으며, 이는 장기적인 우주 탐사에 필수적인 기술입니다.

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3. 수자원 순환 시스템 (Water Recovery System, WRS)

ISS는 지구처럼 물을 계속 공급받을 수 없기 때문에 철저한 재활용 시스템을 통해 물을 순환시킵니다. 수분은 다음과 같은 경로를 통해 재활용됩니다.

• 소변 재활용: 우주비행사의 소변을 수집해, 고도 정수 시스템을 통해 마실 수 있는 물로 정화합니다.
• 습기 회수: 우주인들이 숨 쉴 때 나오는 수분이나 땀, 공기 중의 수분도 회수해 사용합니다.
• WRS 시스템은 90% 이상의 수분을 회수할 수 있으며, 수질은 지구상에서 제공되는 식수보다도 안전 기준이 높습니다.

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4. 온도 조절 시스템 (Thermal Control System, TCS)

우주는 극심한 온도 변화가 있습니다. 태양을 직사로 받는 부분은 120℃ 이상, 그늘진 곳은 -150℃ 이하로 떨어집니다. 이를 조절하기 위해 ISS는 다음과 같은 온도 조절 시스템을 갖춥니다.

• 액체 냉각 루프: 정거장 외부에 장착된 라디에이터를 통해 액체 냉매가 순환하며 열을 방출합니다.
• 내부 팬 & 히터: 내부의 공기를 순환시키고, 필요시 온도를 높이는 히터를 사용해 안정적인 실내 환경을 유지합니다.
• 자동 조절 시스템이 설치되어 있어 우주비행사가 손으로 조작하지 않아도 일정 온도를 유지합니다.

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5. 폐기물 처리 시스템

우주에서는 쓰레기를 함부로 버릴 수 없습니다. 특히 인체에서 나오는 배설물은 위생과 건강에 직접적인 영향을 미치기 때문에 정교한 처리 시스템이 필요합니다.

• 화장실(TUA, Toilet Unit Assembly): 진공 압력을 활용해 배설물을 수거합니다.
• 고체 배설물은 특수 봉투에 밀봉하여 저장 후, 무인 화물선에 실어 지구 대기권에 진입시켜 소각 처리합니다.
• 소변은 정화하여 다시 물로 사용됩니다.

이 시스템은 매일 우주인들의 사용을 감당할 수 있도록 설계되어 있으며, 고장이 날 경우 임시 수동장치를 이용할 수 있도록 백업 플랜이 마련되어 있습니다.

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6. 전력 공급 시스템 (Electrical Power System, EPS)

모든 생존 시스템이 작동하기 위해선 전기가 필수입니다. ISS는 태양광을 주된 에너지원으로 삼습니다.

• 대형 태양광 패널: 정거장 외부에 장착된 패널에서 태양광을 흡수해 전기를 생산합니다.
• 충전 배터리: 태양광이 없는 지구 그림자 구간(45분)에 대비해 리튬이온 배터리에 에너지를 저장합니다.
• 전력 분배 시스템은 중요도에 따라 각 장치에 전력을 공급하며, 자동화된 컨트롤이 작동 중단을 방지합니다.

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7. 방사선 차단 시스템

우주에서는 지구 대기층이 제공하던 방사선 보호막이 없습니다. ISS는 이를 대비해 방사선 차단 시스템도 포함합니다.

• 차폐 구조물: 모듈 외벽에는 알루미늄과 특수 플라스틱 재질로 방사선을 차단합니다.
• 보호 구역(Safe Haven): 태양 플레어가 심할 경우 일정 구역에 모여 대피합니다.
• 실시간 방사선 측정기를 통해 우주비행사들이 피폭량을 지속적으로 확인하며 건강을 관리합니다.

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결론: 우주에서 살아남기 위한 과학의 결정체

국제우주정거장은 단순한 연구 플랫폼을 넘어 인간 생존을 위한 과학 기술의 총집합체입니다. 지구와 단절된 공간에서 수개월을 보내는 우주비행사들은 생존 시스템에 100% 의존해야 합니다. 산소와 물, 온도, 위생, 전력, 방사선 등 모든 요소가 정밀하게 설계되고 통합되어야만 인간이 우주에서 살아남을 수 있습니다.

 

 

앞으로의 우주 탐사 – 달 기지 건설, 화성 이주 등 – 를 위해 이러한 생존 시스템의 기술은 점점 더 발전할 것이며, 그 기술은 궁극적으로 지구상의 생태 지속 가능성에도 큰 기여를 하게 될 것입니다.