우주비행사들이 하는 일 중에서도 특히나 위험한 임무들을 수행하는 사람들이랍니다

우주비행사들이 하는 일 중에서도 특히나 위험한 임무들을 수행하는 사람들이 있다. 이들은 국제우주정거장(ISS)과 같은 곳에서 생활하며 지구 궤도를 돌면서 각종 실험을 진행한다. 그리고 이러한 작업을 위해 다양한 장비 및 도구 등을 직접 제작하기도 한다. 이번 글에서는 그러한 분야중 한가지인 ISS에서의 '유체역학'실험에 대해 소개하고자 한다.

 

우주인에게 유체역학이란 어떤 의미인가요?

유체역학은 말 그대로 물질의 흐름을 다루는 학문이다. 즉, 우리가 살고있는 우주는 진공상태이기 때문에 중력이 존재하지 않는다. 따라서 우주선 내부 또는 외부 공간 어디에서나 공기라는 물질이 존재하지 않아 모든 물체는 자유롭게 움직일 수 있다. 하지만 그렇다고 해서 아무곳에나 갈 수 있는것은 아니다. 왜냐하면 공기는 압력이라는 힘을 가지고 있고, 이것은 위치에너지로서 작용하기 때문이다.

만약 어떠한 물체가 다른 물체 위에 떠있다면 

그만큼 높은 위치에너지를 가지고 있다는 뜻이고, 반대로 아래에 있다면 바닥과의 마찰에의해 운동에너지로서의 전환이 이루어진다. 또한 액체 역시 마찬가지다. 예를들어 물의 경우 표면장력 이라는 성질을 가지고 있어서 자신보다 큰 부피를 가진 그릇 안에 담겨있을 때 쉽게 넘치지 않는다. 그러나 만일 컵안에 담긴 물이 넘쳐흐른다면 어떻게 될까? 넘치는 순간 주변의 작은 입자들과 충돌하면서 엄청난 에너지를 발산하게 된다. 이렇듯 기체든 액체든 고체든 모두 유동성을 가지고 있으며, 이를 이용해서 여러가지 물리현상을 설명할 수 있다.

어떤 실험을 했나요?

 

이번 실험은 크게 두가지로 나뉜다. 첫번째로는 ‘물방울’ 을 이용한 실험이며, 두번째로는 ‘공기’ 를 이용한 실험이다. 먼저 물방울 실험 부터 살펴보자.첫번째 실험은 “Water Drop” 이다. 이름에서부터 알 수 있듯이 떨어지는 물방울을 관찰하는 실험이다. 우선 준비물은 다음과 같다.우주에서는 임무라는 말을 많이 쓰는데요, 이번엔 우주임무에 대해서 알아보겠습니다. 우주는 광활하기 때문에 지구처럼 여러 행성들이 존재하는데요, 이 행성들을 탐사하거나 연구하는 일 또한 우주임무라고 합니다. 우리나라에서도 많은 우주임무가 진행되고 있는데요, 대표적으로 나로호 발사나 아리랑 위성 등이 있겠네요. 이렇게 다양한 분야에서 우주임무가 이루어지고 있답니다.

 

우주인이란 어떤 사람인가요?

 

우주인은 국제우주정거장(ISS)과 같은 우주공간에서의 활동을 목적으로 선발된 인원입니다. ISS란 International Space Station의 약자로, 미국 항공우주국(NASA) 에서 운영하는 세계 최대 규모의 우주정거장이에요. 이곳에서 생활하면서 과학실험 및 교육활동을 수행하게 됩니다. 한국 최초의 우주인이었던 이소연씨 역시 러시아 소유즈 우주선을 타고 ISS에 가서 약 10여개월간 체류하며 각종 실험을 하고 돌아왔답니다.

우리나라에선 왜 우주인을 선발하나요?

 

사실 유인 달탐사 프로젝트였던 아폴로 계획 이후로는 인류에게 달탐사는 큰 의미가 없어졌어요. 하지만 여전히 다른 행성으로의 탐사는 계속되고 있고, 특히 태양계 내 행성의 표면연구는 매우 중요하답니다. 그래서 각국 정부차원에서 경쟁적으로 우주인을 선발해서 보내고 있죠. 현재 NASA 에서는 화성 궤도 진입을 목표로 하는 Mars 2020 프로그램을 추진중이고, 중국같은 경우는 2030년 이전에 달 착륙을 목표로 삼고있어요. 그리고 일본역시 2022년 무인 달착륙선을 보내겠다는 계획을 발표했답니다. 이러한 상황에서 우리나라도 뒤쳐지지 않기 위해 노력하고 있다고 하네요.

 

나로호는 어떻게 발사되었나요?

 

나로호는 대한민국 최초의 우주발사체로써, 2010년 8월 25일 오후 5시에 전남 고흥군 나로우주센터에서 발사되었습니다. 1단 액체엔진과 2단 고체 킥모터로 구성되어 있으며, 총 중량은 140톤이며 길이는 33m, 직경 2.9m 입니다. 이륙 후 215초만에 음속을 돌파하였고, 9분경 고도 177km 지점에서 상단 로켓 분리후 7분 34초뒤 100km 상공에서 페어링 분리, 232초 뒤 900km 상공에서 1단 로켓 엔진 정지및 2단 로켓 점화, 495초 뒤 정상궤도 안착이라는 과정을 거쳤습니다. 아쉽게도 첫번째 시도때는 실패했지만 두번째 시도 때는 성공했습니다.

오늘은 우주임무는 앞으로는 우주인들 뿐만 아니다

민간인도 우주여행을 갈 수 있는 시대가 올거라고 해요. 그때까지는 열심히 공부해서 미래의 우주비행사가 되어보는건 어떨까요?우주비행사들이 지구 밖으로 나가기 위해서 어떤 훈련을 받는지 아시나요? 많은 사람들이 우주인 하면 떠올리는 장면 중 하나가 우주선 안에서 무중력 상태로 둥둥 떠다니는 모습일텐데요. 실제로 우주에서는 중력이 거의 0에 가깝기 때문에 몸이 공중에 붕 뜨는 듯한 느낌을 받는다고 해요. 그렇다면 우주비행사들은 어떻게 이 상황에서도 안정감을 느낄 수 있을까요?

우주인에게 있어서 무게란?

무게라는 개념은 우리 일상생활 속에서 아주 친숙한 단어입니다. 하지만 우주 공간에서는 전혀 다른 의미라고 하는데요. 우주는 진공상태이기 때문에 공기나 물과 같은 물질이 존재하지 않아요. 따라서 물체마다 가지고 있는 고유의 질량만이 존재하게 됩니다. 그래서 우주정거장 내에서의 모든 물건들은 서로 끌어당기는 힘이 없고 오직 자신만의 속도로만 움직이게 되는데요. 예를 들어 무거운 쇳덩어리라도 스스로 움직일 뿐이지 주변의 쇠붙이를 잡아당기지 않는답니다. 이러한 현상을 '관성'이라고 합니다.

그렇다면 우주공간에선 왜 몸무게가 줄어드나요?

앞서 말씀드린 바와 같이 우주 정거장 내부엔 관성이 작용하지 않기 때문에 체중계 위에 올라가더라도 숫자가 변하지 않습니다. 즉, 원래 있던 위치 그대로 유지되는 거죠. 그러나 우주 비행사들은 달 표면처럼 마찰력이 적은 곳에서 활동하기 때문에 오히려 몸무게가 늘어나게 된다고 해요. 또한 대기권 바깥이라면 압력이 매우 낮아져서 혈액 등 체액이 팽창하면서 부피가 늘어나는데요. 이렇게 되면 피가 혈관 벽을 누르는 힘이 약해져 혈압이 낮아지게 되고 결국 심장박동수가 감소한다고 합니다. 이로 인해 우주비행사는 지상에서와 비교했을 때 10% 가량 줄어든 몸무게를 갖게 된다고 하네요.

우주복은 얼마나 무거울까요?

일반적으로 우주복은 1kg 내외이지만 실제로는 훨씬 무겁다고 해요. 왜냐하면 우주복 자체보다는 헬멧, 장갑, 신발 등 각종 장비들을 모두 착용해야 하기 때문이죠. 게다가 우주복 한 벌 당 들어가는 산소량은 무려 5톤 이상이며, 음식물 저장고 역시 따로 있다고 하니 상상만으로도 엄청난 무게네요. 그리고 우주복 안쪽에는 온도조절 장치 및 습도 조절 장치가 있고, 외부와의 통신을 위한 마이크와 스피커도 달려있다고 합니다. 그야말로 최첨단 기술의 집합체라고 할 수 있겠네요.

우리가 몰랐던 우주인들의 생활상 어떠셨나요? 저는 이번 기회를 통해서 우주 관련 상식 몇 가지를 알게 되어서 너무 유익했어요. 앞으로는 우주여행 상품도 많이 개발될 예정이라고 하던데 나중에 돈 많이 벌어서 꼭 가보고 싶네요. 여러분도 흥미로운 주제 있으면 댓글로 알려주세요~천문학 하면 어떤 이미지가 떠오르시나요? 저는 밤하늘과 별들이 먼저 떠올라요. 어렸을 때 밤 하늘을 보면서 별자리를 찾았던 추억이 아직도 생생한데요~ 그런 제가 이번에 소개드릴 주제는 바로 '천문학'입니다.

천문학이란 무엇인가요?

천문학은 우주과학 중에서도 물리학 분야에 속하는데요, 우주의 기원에서부터 천체물리학 등 다양한 연구분야를 포괄한답니다. 우리나라에서는 천문우주학과라는 이름으로 대학과정에서 배울 수 있고, 고등학교 과정에서는 지구과학 시간에 배우는 내용이랍니다.천문학자가 되려면 어떻게 해야하나요?천문학자는 크게 두 가지 방법으로 나뉘는데요, 첫 번째는 대학교 졸업 후 석사 또는 박사 학위를 취득해서 교수나 연구원으로 일하는 경우이고, 두 번째는 학부생때부터 꾸준히 공부하면서 관련 논문을 쓰고 학회에 발표하며 경력을 쌓아가는 경우랍니다. 이 밖에도 여러가지 길이 있지만 대표적인 길로는 위 2가지가 있답니다.

천문학자에게 요구되는 자질은 무엇인가요?

천문학자는 다른 과학자와 마찬가지로 수학/물리학 지식이 필수이며, 특히 관측자료 분석 및 해석능력이 뛰어나야 합니다. 또한 관찰 대상인 천체들을 사랑해야하기 때문에 따뜻한 마음씨 역시 필수적이겠죠? 그리고 마지막으로 끈기있게 탐구하려는 자세가 있어야 해요.오늘은 천문학에 대해서 알아보았는데요, 여러분께 도움이 되었으면 좋겠어요. 다음주부터는 다시 일상생활 꿀팁으로 돌아오겠습니다!천문학자들이 우주를 관측하기 위해 만든 망원경인 텔레스코프(Telescope)라는 단어 들어보셨나요? 이 단어는 그리스어로 '멀리 본다' 라는 뜻을 가지고 있다고 해요. 그래서 이름 그대로 멀리있는 천체를 관측하는데 이용되는 망원경이랍니다. 우리나라에서는 주로 보현산천문대나 소백산천문대 등 천문관측소에서 많이 활용되고있어요.

망원경은 어떻게 만들어지나요?

먼저 렌즈 두개를 준비해야되는데요, 광학렌즈로는 굴절과 반사형 중 선택해서 만들면 됩니다. 굴절식은 오목거울+평면렌즈 조합이고, 반사식은 볼록거울+평면렌즈 조합이에요. 그리고 거울 사이에 빛을 모으는 프리즘을 설치하면 완성입니다! 간단하죠?왜 이렇게 복잡하게 만드나요?보통 사람들은 한가지 종류의 렌즈로만 이루어진 망원경을 떠올리겠지만 실제로 여러종류의 렌즈를 결합시킨 복합광학계 형태의 망원경이 훨씬 성능이 좋아요. 왜냐하면 각각의 렌즈마다 초점거리가 다르기 때문에 다양한 배율 조절이 가능하거든요. 예를들어 8배짜리 단초점 망원경이라면 맨눈으로 보는것보다 약 100배 이상 크게 보이는 효과가 있답니다.우주과학자가 되려면 어떤 과정을 거쳐야하나요?우리나라에서도 한국천문연구원이라는 곳에서 매년 많은 수의 학생들을 선발한다고 하니 관심있으신 분들은 도전해보세요!