우주선 내 인공중력 얻을 수 있어

가속도 높이는 장치 있으면 가능해

지난 2006년 12월 5일 러시아 가가린우주센터 외곽의 ‘치칼로프스키’ 공항. 한국 최초의 우주인으로 선발된 이소연 박사와 고산 씨가 무중력 항공기 ‘일류신 76’에 탑승했다. 폭 4m, 길이 45m의‘일류신 76’은 매우 넓은 내부 공간을 갖고 있어 약 30명의 인원을 수용할 수 있는 무중력 훈련기다.

우주정거장 내에는 무중력(미소중력)이 작용한다.  ⓒ 한국항공우주연구원

우주정거장 내에는 무중력(미소중력)이 작용한다. ⓒ 한국항공우주연구원

일류신 76기는 약 6000m 상공까지 완만하게 상승한 다음에 여기서부터 9500m 상공을 향해 전속력으로 급상승을 시도한다. 9500m까지 올라간 다음, 갑자기 엔진을 끄고 급하강을 시도하면 갑자기 탑승한 우주인들의 몸이 공중부양하기 시작한다.

전문가들은 “지구에서 인간의 몸에는 아래로 잡아끄는 중력과 위로 밀어 올리는 수직항력이 동시에 작용하는데 공중에서 자유 낙하할 경우, 중력만 작용하고, 수직항력이 작용하지 않기 때문에 짓누르는 힘에서 자유로워지는 것이란 설명이다.

약 25초간의 무중력 현상에서 탑승자들은 극심한 어지러움과 구토를 경험하는데 이것이 바로 우주멀미로 무중력 상황에서 방향 감각 상실로 나타난다. 이외에도 우주에서 6개월 이상 장기 체류하는 우주인들은 실제로 관절이 약해지고 뇌에 공급되는 혈액순환이 원활치 않아 손발이 붓기도 하고, 뼈에 칼슘이 가지 않아 골다공증 등의 우주병 증상을 호소하게 된다.

이를 위해 우주인들은 우주선의 좁은 선체 내에서 고정된 자전거 타기, 근력 훈련 등을 열심히 하지만 우주 병의 완전한 해소가 어려운 것이 사실이다. 이에 미국의 나사는 특수한 방법을 고안했는데 그것은 바로 우주인들에게 중력을 만들어 주는 것이다. 그것이 바로 인공중력(Artificial gravity)이다.

우주선 내에 인공중력을 만든다

지난 2006년 미 항공우주국(NASA) 소속의 린든 존슨(Lyndon B. Johnson) 연구소의 폴 토렌스 박사 연구팀은 특수복을 개발했다. 이 옷은 우주공간에서 우주인들이 운동을 할 때, 입으면 온몸에 일정한 압력이 가해져 마치 지구에서 운동하는 것과 같은 효과가 나타나는 것으로 알려졌다.

이 의류 표면에는 미세한 탄성사슬이 수없이 붙어있고, 이 탄성사슬이 바닥에 고정된 고리와 연결돼 움직일 때마다 지구중력만큼의 힘을 몸 전체에 고르게 전달하는 원리다.

그러나 이 특수복 내부에는 스프링과 밴드가 들어 있어 움직임이 매우 부자연스럽고, 팔이나 허리를 굽힐 때에도 힘을 줘야 할 정도로 불편함을 갖고 있다.

우주선을 끊임없이 가속하면  인공중력을 얻을 수 있다.  ⓒ 한국항공우주연구원

우주선을 끊임없이 가속하면 인공중력을 얻을 수 있다. ⓒ 한국항공우주연구원

이런 불편함을 제거하는 방법이 바로 환경 자체에 중력을 주는 방법이다. 여기에는 “중력은 가속도와 같다’는 아인슈타인의 등가원리가 적용된다. 회전운동은 가속운동이기 때문에 중력이 발생하게 된다는 원리다. 공군에서 비행사를 위해 실시하는 G-test는 인공중력의 원리를 이용한다.

과학자들은 이 원리를 우주환경에 적용해 우주선을 끊임없이 가속해 인공중력을 얻기 위한 연구를 오래전부터 해오고 있다. 우주공간에서 우주선이 직선으로 가속운동하면 인간의 몸은 운동 방향의 반대방향으로 힘을 받는다.

만약 우주선이 1초에 9.8m/s 씩 속도가 빨라지는 운동(중력가속도 1g)을 하면 우주선 안에 있는 사람이 지구에서 받는 중력과 똑같은 크기의 힘을 받을 수 있는 것이다.

일부 과학자들은 “중력가속도와 같은 가속도로 우주선을 움직이는 데에는 엄청난 에너지가 필요하므로 가속에는 한계가 있어 먼 은하계 여행에는 부적합하다”고 말한다.

그럼에도 불구하고, 태양계와 같이 은하계보다 훨씬 짧은 거리라면 가능하다는 이론은 일부 과학자들에 의해 지지를 받고 있다. 예를 들면, 중력가속도 1g을 유지하면서 가속하고 감속하면 지구에서 화성까지 길어야 5일이 걸린다는 계산이 나온다.

아울러 초전도 자석과 같이 강력한 자기장으로도 인공중력을 만들 수 있는 것으로 알려졌다. 강한 전자기력이 인간 몸의 원자들을 끌어당겨 인공중력을 만드는 원리다. 물론 이 역시 엄청난 크기의 초전도자석과 저온장치가 필요하기 때문에 아직 구상중이다.

그러나 상상은 이제 현실로 드러나고 있다. 지난 8일(현지시간) 미국의 데일리메일은 워싱턴DC에 소재한 USS(United Space Structures)사가 서로 반대 방향으로 돌아 선내에 인공중력을 만드는 거대 우주버섯(Space mushroomstation) 연구 중이라고 보도했다. 이 우주정거장은 먼 미래의 화성 탐사의 전초기지가 될 것으로 알려졌다.

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