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화성은 태양계에서 수성, 금성, 지구 다음 궤도를 돌고 있는 네 번째 행성으로 자전주기는 24시간 37분 23초로 지구와 거의 비슷하고 공전주기는 1.88년이다. 평균 온도는 영하 23도 이며 대기는 주로 이산화탄소로 구성되어 있다. 인간이 우주로 진출했을 때 식민지로 삼을 1순위 후보지 가운데 하나다.

출처 : 나사(www.nasa.gov)

가장 먼저 화성을 탐사했던 탐사선은 지난 1964년 7월에 화성궤도에 접근한 미국의 마리너4호로 화성 표면 사진을 지구로 전송했다. 이후 러시아의 마스3호가 화성에 최초로 착륙에 성공했고 미국의 바이킹 1호는 화성의 컬러 사진은 물론 지도를 만드는데 성공했다. 이후 화성 탐사는 기술적인 어려움과 예산 부족으로 이뤄지지 않다가 지난 1997년 7월 미국의 패스파인더가 탐사 차량인 소저너를 싣고 화성 표면을 탐사하기에 이른다.

화성 탐사선은 지표면에 착륙하기 전에 궤도를 돌면서 필요한 사진과 동영상을 촬영하고 이를 지구로 전송한다. 기본적인 정보 수집이 끝나면 지표면에 착륙하기 위한 준비작업에 들어간다. 주로 평평한 평지에 착륙을 시도하며 대기권에 돌입한 후 일정 고도에 다다르면 역추진 로켓을 발사해 속도를 줄이고 본체 주변을 풍선으로 감싸 착륙시 발생하는 충격을 흡수한다.

출처 : 나사(www.nasa.gov)

화성 탐사선에는 고화질 카메라와 자체적으로 전력을 생산하기 위한 태양광 발전기, 흙을 채취해 성분을 분석할 때 필요한 연구 장비 등이 실려 있다. 또한 지구에서 보내는 명령을 수신하기 위한 안테나를 내장하고 있으며 이와 함께 돌아다니면서 화성 표면을 탐사하기 위해 바퀴도 달려 있다.

2008 스페이스코리아 우주대탐험에서 안내원이 화성 탐사선에 대해 설명하고 있다.

하지만 아무리 철저한 계획아래 만들어진 화성 탐사선이라고 하더라도 지구와 워낙 멀리 떨어져 있어 착륙에 실패한 경우도 적지 않다. 지난 2003년 유럽우주국이 발사한 마스 익스프레스에 실린 비글2호는 착륙직후 교신이 되지 않아 실종됐고 미국의 마스 글로벌 서베이어는 운영체제 오류로 우주 미아가 됐다.

또한 미국은 화성 탐사선 제작사와 미국항공우주국이 사용하는 도량형이 서로 달라 화성 기후 탐사선을 송두리째 불태웠다. 이 화성 탐사선의 가격은 1억 달러(한화 약 940억원)에 이른다.

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눈으로만 봐온 우주는 드넓고 아름다운 공간이지만 지구와는 확연하게 다른 무중력 환경 탓에 적응이 상당히 힘든 것으로 알려져 있다. 특히 무중력 상태에선 심리적, 생리적 변화가 심해 음식 맛을 제대로 못 느끼거나 소화 능력에 영향을 주기 때문에 우주 식품은 이를 보완하는 방향으로 개발이 이루어지고 있다.

영화를 보면 죽이나 치약 형태로 우주 먹거리가 표현되곤 하나 이러한 먹거리는 맛과 영양이 부족한 이유로 이미 오래 전에 개발이 중단됐다. 현재는 장기간 저장해도 상할 위험이 적고 부피와 무게를 줄인 건조된 형태의 식품이 나오고 있다. 컵라면을 떠올리면 이해가 쉬을 듯 하다.
 

대부분 건조 형태로 나오는 우주 식품은 우주인의 영양분을 보충하고 음식에서 스트레스틀 받지 않도록 최대한 맛있게 제조해야만 한다. 국내에서도 김치나 밥, 된장국 같은 토종 음식을 우주 음식으로 만들기 위한 노력이 계속되고 있다. 출처 : 나사(www.nasa.gov)

이들 우주 건조식품은 별도 조리 기구 없이 더운 물에 데치면 즉시 먹을 수 있으며 빵처럼 부스러기가 발생하는 음식은 한 입에 먹을 수 있을 정도의 크기로 만들어진다. 또한 국제우주정거장에는 냉장고가 없기 때문에 모든 음식은 팩 형태로 포장된다. 오래 보관하기 위해서다.

물론 건조식품 외에도 과일이나 야채 같은 음식도 우주 식품에 포함되어 있다. 부패를 방지하기 위해 방사선을 쏴서 멸균 처리한 음식이나 빵이나 캐슈 등 지상에서 먹는 것과 같은 자연적 형태 음식 등 총 6가지의 형태의 우주 음식이 제공된다.

음식형태	특징	예
신선한 음식(FF)	과일 같은 신선한 음식. 상하기 전에 빨리 먹어야 함.	사과, 오렌지 등 과일류
중간 수분 음식(IM)	수분이 약간 들어간 음식	건조 쇠고기
방사선 멸균 음식(I)	음식 부패 방지를 위해 방사선으로 멸균 처리를 한 음식	쇠고기 스테이크
자연적 형태 음식(NF)	지구에서 먹는 것과 같은 형태의 음식	빵 등
건조 음식(R)	물을 부어 먹는 건조된 형태의 음식	야채
가열 음식(T)	오븐으로 가열해서 먹는 음식	참치, 샐러드

재미있는 것은 커피나 오렌지 쥬스 같은 음료도 고체로 제공된다는 것이다. 이들 고체 음료는 물을 타서 잘 흔든 뒤 빨대를 꽂아 빨아먹게 된다. 참고로 국내 최초의 우주인이 탄생하게 되면서 한국항공우주연구원과 한국식품연구원, 식품 업체들이 힘을 모아 김치나 라면, 된장국, 밥 같은 우주 음식도 개발을 한창 진행하고 있다.

2008 스페이스코리아 우주대탐험 행사에서 소개된 한국형 우주식량

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사람이 사는 집에 주소가 있듯이 지구도 마찬가지다. 우리 은하→오리온자리 나선팔→태양계→3번째 행성이 지구의 주소다. 이 중에서도 태양계는 지구가 속해있는 최소 단위로 태양을 중심으로 모두 8개의 행성이 공전하고 있다.

출처 : 나사(www.nasa.gov)

태양계는 크게 내태양계와 외태양계로 나뉜다. 내태양계는 수성, 금성, 지구, 화성이 속하며 외태양계는 목성, 토성, 천왕성, 해왕성이 해당된다. 내태양계와 외태양계 사이에는 소혹성 지대가 자리잡고 있으며 이곳에는 태양계가 처음 만들어졌을 때 쓰고 남은 부속물이 떠다닌다.

태양계 가족 구성원을 살펴보자. 우선 태양에 가장 가까이 붙어 있는 수성은 지구의 위성인 달과 마찬가지로 대기가 없는 행성으로 지표면에 소혹성이 충돌하거나 화산 분출로 인한 크레이터가 가장 눈에 띈다. 이와 반대로 금성은 이산화탄소로 이루어진 두꺼운 대기층을 가지고 있어 지표면 온도가 470도에 기압은 90기압에 이른다.

출처 : 나사(www.nasa.gov)

화성은 엷지만 대기를 가지고 있으며 이산화탄소가 얼어 마치 바다처럼 나타나는 극관 현상이 발생하기도 한다. 목성은 태양 다음으로 가장 덩치가 큰 행성으로 대부분 가스로 이루어져 있으며 위성이 현재 발견된 것만 해도 63개에 이를 정도로 많다.

고리로 유명한 토성의 경우 목성과 마찬가지고 지표면이 없이 수소와 헬륨 등의 가스로 이루어전 행성이며 적도 반지름은 6만Km로 지구의 약 9.5배에 이른다. 망원경을 통해 발견해낸 최초의 행성인 천왕성은 토성만큼은 아니지만 얇은 고리를 가지고 있고 이는 해왕성도 마찬가지다.

2008 스페이스코리아 우주대탐험에 참가한 학생들이 태양계를 구성하고 있는 행성에 대해 설명을 듣고 있다.

원래 태양계에 속해 있던 명왕성은 지난 2006년 국제천문연맹이 행성 지위를 박탈한 뒤 국제소행성센터로부터 왜소행성으로 분류되었다. 태양으로부터 워낙 멀리 떨어진 탓에 공전주기가 248년에 이르며 공전궤도도 완연한 타원형이고 여기에 질량과 크기가 너무 작다. 또한 생성 원인도 다른 여타 행성과 달라 태양계에서 행성 지위를 박탈당한 이유로 작용했다.

태양계에는 스스로 빛을 내는 항성과 이를 중심으로 돌고 있는 행성, 위성 외에도 수많은 소혹성으로 이루어져 있으며 빠른 속도로 태양계 내·외부를 움직이고 있는 혜성도 포함된다. 혜성은 먼지와 얼음, 가스로 구성되어 있는 소혹성의 일종으로 이런 성분들이 증발되면서 긴 꼬리 모양을 나타낸다. 혜성의 꼬리는 태양과 가까워질수록 길어진다.

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로켓은 두 성분을 연소시킬 때 발생하는 고온·고압의 가스를 방출시키는데 이때 발생하는 반동으로 추진력을 얻어 하늘로 날아간다. (사진 : 나사)

전자신문인터넷

우주를 여행하기 위해 반드시 필요한 것이 로켓이다. 현재의 과학 기술로 지구의 중력을 벗어날 수 있는 유일한 방법이자 수단이기 때문이다. 로켓은 우주 발사체라고도 부르며 처음에는 전쟁시 사용하는 공격용 무기로 개발되어 하늘과 지상에서 미사일로 쓰였다.

로켓이 앞으로 나아가려면 연료와 함께 공기중의 산소를 모아둔 산화제가 필요하다. 로켓은 두 성분을 연소시킬 때 발생하는 고온·고압의 가스를 방출시키는데 이때 발생하는 반동으로 추진력을 얻어 하늘로 날아간다.

로켓을 개발하기 위한 각 국가의 경쟁도 치열하다. 미국은 달로 인간을 보내는 아폴로 계획을 실행하면서 새턴 로켓을 만들었다. 우주개발 역사상 가장 크고 힘센 새턴 5형 로켓은 무게가 2,800톤에 달하고 1단 로켓의 총 추진력은 3,400톤으로 점보제트기 41대의 힘과 맞먹는다.

유럽의 아리안 로켓은 주로 상업 위성 발사체로 쓰인다. 가장 최근 개발된 아리안5 로켓은 미션에 따라 조금씩 다르지만 전체 길이 약 46∼54미터에 발사시 무게가 750톤으로 최대 6.8톤의 인공위성을 우주로 보낼 수 있다.

출처 : 나사(www.nasa.gov)

중국에서 개발한 창정 로켓은 지난 2003년 10월 유인 우주선을 탑재해 우주로 쏘아 올렸고 얼마전에는 무인 탐사선인 창어 1호를 달로 보내기도 했다. 창정3A호는 3단 분리 로켓으로 총길이 52.3미터에 무게는 241톤이다.


미국의 오랜 라이벌인 러시아의 로켓 기술도 만만치 않다. 지난 1967년 처음 발사된 프로톤 로켓은 무거운 우주 탑재물을 실을 수 있으며 이륙중량이 702톤이라 22톤에 달하는 인공위성까지 탑재가 가능하다. 미르 우주정거장, 핼리 혜성 탐사선, 국제우주정거장(ISS) 등 이제껏 329회를 발사, 289회 성공 기록을 가지고 있다.

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우주로 가려면 화학과 공학, 물리학 등 갖은 기술이 뒷받침되어야 하는 건 물론 경제력도 필요하다. 기술만 있다고 해서 로켓을 쏘아 올릴 수 있는 건 아니다. 로켓은 한 번 발사하면 다시 활용할 수 없기 때문에 우주에 나갈 때마다 값비싼 대가를 치러야 하기 때문. 발사할 때마다 상상을 초월할 액수를 들여 새로 제작해야 한다.

이런 이유로 미국항공우주국(NASA)은 비용 절감과 지구와 가까운 우주 공간의 생활화를 목적으로 1972년 1월 당시 닉슨 대통령의 승인을 얻어 몇 번이든 ‘재활용이 가능한’ 로켓, 우주왕복선 개발에 착수한다.

출처 : 나사(www.nasa.gov)

5년이 지난 1977년 8월 12일 미국은 제1호 시험기 엔터프라이즈호의 유인 착륙 시험에 성공하고 1981년 4월 12일 정식 발사되어 3일간의 일정을 마치고 지구로 돌아왔다. 본격적인 우주왕복선의 시대를 연 것이다.

나사는 이후에도 1982년 11월 11일 우주인 4명을 태운 콜롬비아 5호를 쏘아 5일 동안 임무를 수행하고 1983년 챌린저, 1984년 디스커버리, 1985 아틀란티스를 차례로 쏘아 올렸다. 러시아 역시 조금 늦었지만 1988년 우주왕복선 뷰란을 쏘아 올린 바 있다.  

출처 : 나사(www.nasa.gov)

우주왕복선의 구조는 크게 사람과 화물을 싣는 우주선과 로켓의 두 개로 나눌 수 있다. 좀더 구체적으로 보면 궤도선과 연료탱크, 고체연료로켓으로 구성되어 있는데 우주왕복선 발사 도중 연료탱크와 고체연료탱크는 대기권을 벗어나기 전에 떨어져 나가 바다에 버려진다.

앞서 설명했듯이 궤도선은 기존 일회용 로켓과 달리 영구적은 아니지만 수 차례 사용할 수 있으며 고체연료탱크 역시 재활용, 연료탱크만 버린다. 우주왕복선 중 가장 큰 건 연료탱크다. 연료탱크는 액체수소와 산화제인 액체산소로 채워진다. 고체연료탱크와 궤도선은 각각 연료탱크 뒤와 측면에 매달린다.

발사 과정은 이렇다. 발사대에 고정된 로켓을 점화하면 우주왕복선은 2,000톤의 추진력에 힘입어 수직 비행을 시작한다. 고체연료탱크는 발사 후 일정 시간이 지나면 본체에서 떨어져 나가 낙하산을 타고 바다로 입수. 나사는 다시 이를 회수, 정비해서 20번 가량 사용한다.

“다언어, 우주통신 인터넷 시대 온다…” 빈트 서프 인터넷 전도사

고체연료탱크를 떼어낸 우주왕복선은 다시 고도 109km 상공에서 연료탱크를 분리한 뒤 저궤도에 진입해 90분에 한 바퀴씩 지구를 돈다. 내부에 쌓인 열을 우주 공간으로 빼내는 방열 작업을 마치면 비로소 부여받은 임무를 수행하게 된다.

우주왕복선이 지구를 빠져나갈 때에는 로켓의 추진력을 이용하지만 반대로 귀환할 때에는 궤도선에 달려 있는 삼각 날개를 활용한 활공 비행을 한다. 착륙을 마친 궤도선은 조립 공장으로 자리를 옮겨 정비 후 연료탱크와 고체연료탱크를 다시 부착한다. 이렇게 수리를 마친 궤도선은 100회 가량 재활용할 수 있다.

출처 : 나사(www.nasa.gov)

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무중력 상태인 우주 공간에선 어떻게 생활할까? 우주에 나간 우주인들은 둥둥 떠다니는 무중력 상태에서도 원활하게 생활할 수 있도록 우주선에 탑승하기 전에 각종 훈련 과정을 반복한다.

우주인이 되기 위해서는 무중력 상태의 생활 훈련이 필수적으로 필요하다. (사진 : 유리가가린 센터)

세계에서 가장 많은 우주인을 훈련시킨 우주인 사관학교는 러시아에 위치한 ‘가가린 우주인 훈련센터’다. 가가린은 사람 이름이다. 1961년 4월 12일 인류 역사상 최초의 우주인인 유리 가가린(Yurii Gagarin)의 이름을 따서 지은 것. 이 훈련센터는 지난 1968년 지어졌다.

이곳에는 비행모의장치, 실제와 같은 우주선 모형, 고중력가속도 훈련장치 등 우주인을 양성하는데 필요한 각종 시설이 갖춰져 있다. 대한민국 최초 우주인이 될 고산씨도 이곳에서 훈련을 받았다.

훈련 과정은 기초 과정과 고등 과정으로 나뉜다. 기초 과정에선 우주의 기본적인 기술, 과학, 지식과 더불어 우주에 나가 수행하게 될 임무에 대한 개념을 습득하고 고등 과정에선 조금 더 난이도가 높은(우주선 밖으로 나가기, 태양전지판 갈아끼우기 등) 훈련이 시행된다.

일단 우주로 나갈 때 발사되는 로켓의 가속도를 견뎌내는 훈련이 실시된다. 이 훈련에는 로켓에 탔을 때와 같은 환경을 만들어내기 위해 원심력 발생장치와 회전 의자, 가속도 훈련 장비가 동원된다. 이 밖에도 무중력 상태에서 특정한 행동을 하는 우주 유영 훈련, 먹고 자고 입는 우주 생활 훈련 등이 실시된다.

출처 : 나사(www.nasa.gov)

힘든 훈련 과정을 마치고 지구를 떠나 우주에서 한참 동안을 생활하던 우주인들은 우주 환경에 적응하는 데 어려움을 겪었던 것처럼 지구로 돌아왔을 때 중력이 적용되는 환경에서 적응을 하기 위해 오랜 시간을 보내야만 하는 것으로 알려져 있다.