국제 우주 정거장—우주 공간에 떠 있는 실험실

앞으로 몇 년 후면 맑은 밤하늘에서 별들과 달뿐만 아니라 행성들만큼이나 밝게 빛나는 인공 “별”도 보게 될지 모릅니다. 이미 건설중인, 미식 축구장 두 배 크기의 이 거대한 인공 건조물은 ‘피라미드 이래 최대의 건설 계획’으로 일컬어져 왔습니다. 무엇에 대해 이야기하고 있는 것입니까?

이 건조물은 완공되면 국제 우주 정거장(ISS: International Space Station) 즉 10만 명이 넘는 사람들의 손을 거쳐 만들어진 영구적인 우주 연구 실험 시설이 될 것입니다. 이 사람들 중 대부분은 러시아, 미국, 캐나다에서 작업을 하고 있지만 네덜란드, 노르웨이, 덴마크, 독일, 벨기에, 브라질, 스웨덴, 스위스, 스페인, 영국, 이탈리아, 일본, 프랑스 등지에서 작업하고 있는 사람들도 많습니다. 완공되면 국제 우주 정거장은 길이가 88미터, 폭이 109미터가 되며, 보잉 747 점보 여객기 두 대의 실내 공간만한 작업 및 거주 공간을 갖추게 될 것입니다. 이 우주 정거장은 마침내 무게가 520톤에 달하게 될 것이며, 건설 비용이 최소한 미화 500억 달러는 들 것입니다!

연구라는 명목으로 그처럼 막대한 비용을 들이는 것에 대해 우려를 나타내는 일부 비평적인 사람들은 국제 우주 정거장을 “우주 공간의 흰 코끼리”라고, 다시 말해서 그다지 실속도 없는데 지속적으로 많은 비용을 들여야 하는 존재라고 묘사합니다. 반대로, 그 계획을 지지하는 사람들은 그 우주 정거장이 진보된 산업용 신소재, 통신 기술, 의학 연구 등을 위한 실험 공간이 될 것으로 기대하고 있습니다. 하지만 우주 비행사들이 국제 우주 정거장의 벽에다 실험 기구를 설치할 수 있으려면, 먼저 국제 우주 정거장을 한 부분씩 조립해야 하며 그것도 우주 공간에서 그 모든 작업을 해야 합니다!

우주 공간에서 하는 조립 작업

국제 우주 정거장은 규모가 너무나 커서 지상에서는 조립할 수가 없습니다. 자체의 무게로 붕괴되어 버릴 것이기 때문입니다. 이러한 장애를 극복하기 위해 과학자들은 우주 정거장의 부분품 격인 모듈을 제작하는 일만 지상에서 하고 있습니다. 이 모듈들은 우주 공간에서 조립되어 우주 정거장을 구성하게 될 것입니다. 이 부분품들을 우주로 운반하려면 러시아의 로켓과 미국의 우주 왕복선이 45차례나 발사되어야 할 것입니다.

우주 정거장을 조립하는 작업은 이제까지 유례가 없던 일로서, 우주 공간을 끊임없이 변모하는 건설 현장으로 바꿔 놓았습니다. 100여 개의 모듈을 연결하는 작업이 작업자들과 자재들이 궤도를 선회하는 와중에 이루어질 것입니다. 여러 나라의 우주 비행사들이 수백 시간 동안 우주 유영을 하면서 그 작업의 상당 부분을 손으로 해야 합니다.

국제 우주 정거장의 첫 번째 모듈은 러시아에서 제작한 무게 20톤의 ‘자르야’(“일출”을 뜻함)로서 카자흐스탄의 바이코누르 우주 기지에서 1998년 11월 20일에 발사되었습니다. 이 모듈에는 이 모듈 자체뿐 아니라 이 모듈에 추가되는 다른 모듈들까지 궤도에 머무르게 하는 데 충분한 양의 연료를 실어야 하였습니다. ‘자르야’가 발사된 지 2주 후 우주 왕복선 엔데버호가 미국에서 제작한 연결 모듈인 ‘유니티’를 싣고 하늘로 향하였습니다.

1998년 12월에 우주 공간에서 진행된 첫 번째 건설 공정에서 엔데버호의 승무원들은 앞으로 펼쳐질 흥미진진한 도전들이 어떤 것인지를 처음으로 맛보게 되었습니다. 지상 400킬로미터 지점에서 ‘자르야’와 도킹하면서 우주 비행사 낸시 커리는 15미터 길이의 로봇 팔로 무게 20톤의 ‘자르야’를 붙잡아 ‘유니티’와 단단히 결합시켰습니다. 그 다음에 우주 비행사 제리 로스와 제임스 뉴먼이 두 모듈의 외부에 전선과 컴퓨터 케이블과 유체 운반용 호스를 부착하였습니다. 이러한 연결 장치들은 모듈 간에 전기를 공급하는데, 또한 공기 냉각용과 식수용으로 사용되는 물을 순환시키는 데 사용됩니다. 이러한 작업을 마치기 위해 세 차례에 걸쳐 총 21시간이 넘게 우주 유영을 하였습니다.

로켓과 우주 왕복선이 몇 주마다 새로운 모듈을 운반해 감에 따라, 국제 우주 정거장은 러시아의 모듈인 ‘자르야’ 하나에서 무게 520톤의 우주 정거장으로 몸집이 점점 커지게 될 것입니다. 그처럼 점점 커지는 우주 정거장을 계속 궤도에 머무르게 하는 것은 해결해야 할 한 가지 과제일 것입니다. 이 우주 정거장은 강하게 끌어당기는 지구의 중력을 견뎌 내야 하기 때문입니다. 따라서 이 우주 정거장은 언제라도 지구로 추락할 위험성이 있습니다. 이 우주 정거장이 계속 떠 있게 하기 위해서, 우주 왕복선이 그곳으로 가서 우주 정거장이 적정 고도를 유지하는 데 필요한 추력을 제공할 것입니다.

중력이 거의 없다는 사실은 국제 우주 정거장에서 수행될 연구에서 중요한 역할을 할 것인데, 이 우주 정거장에 작용하는 중력은 지상에 작용하는 중력의 100만분의 1밖에 되지 않습니다. 지상에서는 연필이 2미터 높이에서 바닥으로 떨어지는 데 0.5초가 걸립니다. 그런데 이 우주 정거장에서는 10분이 걸립니다! 그러면 국제 우주 정거장은 어떤 일을 하는 실험실로 사용될 것입니까? 그리고 우리의 일상 생활에는 어떤 영향을 미칠 수 있습니까?

우주 공간에 떠 있는 실험실

국제 우주 정거장은 2004년까지는 완공될 것으로 예상되고 있습니다. 그 후로는 우주 비행사들이 한 번에 최고 일곱 명까지 이 거대한 복합 시설에 들르게 될 것입니다. 그곳에서 여러 달 동안 머무를 사람도 있을 것입니다. 우주로 나 있는 창문으로 일컬어지는 이 국제 우주 정거장 내에서 승무원들은 세계 전역의 과학자들이 계획한 매우 다양한 실험을 하게 될 것입니다.

예를 들어, 중력이 매우 약하면 식물의 뿌리가 아래쪽으로 뻗어 나가지 않으며 잎사귀도 위쪽으로 뻗치지 않습니다. 따라서 과학자들은 무중력 상태에서는 식물이 어떻게 반응하는지를 알아내기 위한 실험을 계획하고 있습니다. 뿐만 아니라 우주 공간에서는 단백질 결정체가 더 크게 자라며 더 대칭적인 형태가 됩니다. 따라서 그런 환경에서는 더 순수한 결정체가 생산될 수 있습니다. 그리고 그에 대한 정보는 연구가들이 질병을 유발하는 특정 단백질을 겨냥한 약품을 개발하는 데 도움이 될 수 있습니다. 중력이 매우 약한 환경에서는 지상에서는 거의 만들어 낼 수 없는 소재들을 생산하는 것이 가능할 수도 있습니다.

중력이 거의 없는 환경에서는 인간의 뼈와 근육이 약화됩니다. 이전에 우주 비행사였던 마이클 클리포드는 이렇게 말하였습니다. “일부 과학 연구는 장기간 우주 공간에 체류할 때 생리학적으로 어떤 영향을 받게 되는지를 이해하기 위한 것입니다.” 뼈가 약해지는 것을 어떻게 막을 수 있는지 알아내기 위해 적어도 한 가지 실험이 행해질 것입니다.

우주 공간에서 생활할 때 생기는 장기적인 영향을 알면, 언젠가 화성에 가는 장기 우주 여행을 가능하게 하는 데 아마 도움이 될 수 있을 것입니다. “그것은 상당한 시간이 소요되는 여행”이라고 인정하면서 클리포드는 이렇게 덧붙였습니다. “우리는 [우주 탐험가들을] 건강한 몸으로 귀환하게 할 수 있는 능력을 가지게 되기를 바랍니다.”

뿐만 아니라, 국제 우주 정거장을 지지하는 사람들은 우주 정거장에서 하게 될 연구를 통해 생명체를 구성하는 기본 요소들에 대해 더 잘 이해하게 될 것이라고 기대합니다. 그러한 요소들을 더 잘 이해하게 되면 아마 암, 당뇨병, 폐기종, 면역계 장애 등을 치료하는 새로운 방법을 개발하게 될 수도 있을 것입니다. 국제 우주 정거장에 있는 실험실의 자랑거리는 천연 세포 조직과 유사한 배양 세포가 자라게 하는 생물 반응기가 될 것입니다. 과학자들은 인간의 질병과 그 효과적인 치료법에 대해 더 많은 점을 배우려고 노력할 것입니다. 또한 이 우주 정거장에는 대기권의 기체, 산호초의 탈색 현상, 허리케인을 비롯한 지구의 자연 현상들을 연구할 수 있도록 50센티미터 크기의 광학 창(窓)이 설치될 것입니다.

“평화의 실험실”?

하지만 국제 우주 정거장을 열렬히 지지하는 일부 사람들에게는 이 우주 정거장이 단순히 우주 공간에 떠 있는 실험실에 불과한 것이 아닙니다. 그들은 이 우주 정거장이 아폴로 계획에서 “우리는 온 인류를 대표하여 평화 가운데 왔다”라는 글이 적힌 명판을 달에 남기면서 약속한 내용을 성취시키는 것이라고 생각합니다. 70대인 우주 비행사 존 글렌은 국제 우주 정거장을 “평화의 실험실”이라고 부르면서 이렇게 덧붙였습니다. “[그 우주 정거장]으로 인해 16개 나라들은 지상에서 서로에게 좋지 않은 일을 할 방법을 강구하지 않고, 그 대신 우주 공간에서 일치 단결하여 일하게 될 것입니다.” 존 글렌을 포함한 여러 사람들은 국제 우주 정거장을, 나라들이 단독으로는 추진할 수 없지만 일단 추진하면 모든 나라에게 유익을 줄 과학 기술 프로젝트들을 협력하여 추진하는 법을 배울 수 있는 장(場)으로 여기고 있습니다.

하지만 많은 사람들은 나라들이 지상에서도 평화롭게 협력할 수 없었는데 우주 공간에서라고 진정 그렇게 할 수 있을 것인지에 관한 의구심을 떨쳐 버리지 못하고 있습니다. 아무튼, 국제 우주 정거장은 미지의 세계로 발을 들여놓고 싶어하는 그리고 그러한 환경에서는 어떤 일이 벌어질지 알고 싶어하는 인간의 염원의 결과로 탄생한 것입니다. 정말이지, 이 거대한 계획은 인간의 모험심과 새로운 것을 발견하고자 하는 열망의 결정체입니다.

[15-17면 네모와 삽화]

우주 정거장과 관련된 연대

1869년: 미국의 에드워드 에버릿 헤일이 지구 상공에 떠 있는, 벽돌로 만든 유인 인공 위성에 관한 단편 소설 「벽돌로 만든 달」(The Brick Moon)을 발표하다.

1923년: 루마니아 태생의 헤르만 오베르트가 “우주 정거장”이라는 표현을 처음으로 사용하다. 그가 생각한 우주 정거장은 달과 화성으로 여행을 떠나는 출발 장소였다.

1929년: 헤르만 포토크닉이 자신의 저서 「우주 여행의 과제」(The Problem of Space Travel)에서 우주 정거장 계획의 개요를 설명하다.

1950년대: 로켓 기술자인 베르너 폰 브라운이 지상 1730킬로미터 상공을 선회하는 바퀴 모양의 우주 정거장을 구상하다.

1971년: 소련이 역사상 최초의 우주 정거장인 살류트 1호를 발사하다. 세 명의 우주 비행사가 그 우주 정거장에서 23일 간 머무르다.

1973년: 미국 최초의 우주 정거장인 스카이랩이 궤도에 진입하여 세 팀의 우주 비행사들이 머무르다. 이 우주 정거장은 더 이상 우주 공간에 있지 않다.

1986년: 소련이 우주 공간에 인간의 영구적인 근거지를 둘 목적으로 설계한 최초의 우주 정거장인 미르를 발사하다.

1993년: 미국이 러시아와 일본을 비롯한 여러 나라들에게 국제 우주 정거장(ISS) 개발에 참여하도록 권하다.

1998/99년: 국제 우주 정거장의 첫 번째 모듈이 예정보다 1년 늦게 궤도로 발사되다.

[삽화]

위: 화가들이 2004년에 완공되는 우주 정거장을 상상하여 그린 모습

가장 먼저 발사된 두 개의 모듈 ‘자르야’와 ‘유니티’가 연결된 모습

로스와 뉴먼이 세 번째로 우주 유영을 하는 모습

여러 차례 더 발사될 계획인 우주 왕복선의 발사 모습

스카이랩

미르

[자료 제공]

15-17면: NASA photos