국제우주정거장

국제우주정거장(國際宇宙停車場, , ISS)은 러시아와 미국을 비롯한 세계 각국이 참여하여 1998년에 건설이 시작된, 연구시설을 갖춘 다국적 우주정거장이다. 2021년 기준으로 가장 큰 우주 정거장으로, 지상에서 육안으로 볼 수 있다.
ISS는 크게 러시아 섹션(ROS)과 미국 섹션(USOS)의 두 구역으로 나뉜다. ROS는 ISS 전체에 대한 유도, 항법, 통제, 메인 추진기관, 메인 생명유지장치를 담당한다. USOS는 가장 큰 실험실, 일본의 키보, 유럽의 콜럼버스, 2500 제곱미터 면적의 태양전지판, 추가적인 생명유지장치(산소발생기), 2번째 화장실을 담당한다. ISS는 지구 저궤도에 속하는 400km 고도에 떠 있으며, 시속 27,743.8 km의 속도로 매일 지구를 15.7 바퀴 돌고 있다(참고: 달은 약 384,400km, 태양은 약 147,000,000km 떨어져 있고 지구 대기권은 고도 1,000km까지이다).
역사.
1980년대 초반, 미국의 NASA는 소련의 살류트와 미르에 대항하는 "프리덤 우주 정거장"을 계획한다. 이 계획은 1990년대까지 지속되다가, 소련이 해체되면서 취소되었다.
대신, 계획 말기에 미국 정부는 우주 정거장 건설에 여러 나라를 파트너로 참여시키기 위해 협상을 시작했고 1990년대 초반에 미국, 유럽, 러시아, 일본, 캐나다의 국제 우주 정거장 계획이 수립되기에 이르렀다.
이 프로젝트는 1993년에 "알파 우주 정거장"으로 발표되었지만 이후 취소되었다.
이 계획은 아래 모든 우주 기구의 우주 정거장 계획을 하나로 합친 것이다:
참여국가.
참여 국가는 러시아, 프랑스, 독일, 일본, 이탈리아, 영국, 벨기에, 덴마크, 스웨덴, 스페인, 노르웨이, 네덜란드, 스위스, 브라질, 캐나다등
대한민국의 참여.
2000년 미국은 한국에 우주관측장비를 함께 만들자는 제안을 하면서, 한국에 사람을 보내 기술검증까지 했으나, 예산을 확보하지 못해 무산되었다. 2001년 말 미국이 한국에 실험 모듈 건설을 제안해 온 적이 있는데, 비용이 2억 달러에 달해 참여를 포기했다. 2002년 4월 한국은 우주입자검출기사업을 추진했으나, 무산되었다. 2003년 다시 미국 NASA에 우주입자검출기사업 제안서를 제출했으나, 무산되었다. 러시아도 한국에 ISS 모듈 제작 사업을 제안했으나, 역시 무산되었다.
건설 과정.
2006년 초까지, 당초 계획에 많은 변경이 있었다. 모듈 등 구조물 계획을 취소하거나 변경했고, 우주왕복선 비행계획도 대폭 축소했다. 그러나 1990년대 후반 ISS 계획에 80% 이상 하드웨어 완공률을 보이며, 완공 일자도 대폭 연기했지만, 계획을 완료했다. 현재 ISS 건설은 제3단계 과정을 맞이하여 추가 확장을 진행할 예정이다.
아래 도표는 우주 정거장의 주요 시설을 나타낸다. 파란 부분은 여압 구역으로 승무원이 우주복 없이 갈 수 있다. 빨간 부분은 비여압 상부 구조이며, 하얀 부분은 예정된 구역, 회색 부분은 없어진 구역이다. 기타 비여압 구역은 노란 구역이다. "유니티" 노드는 "데스티니" 연구실과 직결되어있다.
ISS 건설은 40회 이상 미우주왕복선 비행이 필요한데, 이 가운데 33회 우주왕복선 비행을 완료했다. 다른 조립 비행은 러시아의 프로톤 로켓이나 소유스 로켓으로 이루었다. 또, 미국 우주왕복선, 러시아 프로그레스 화물선, 유럽 ATV(Automated Transfer Vehicle), 일본 HTV(H-II Transfer Vehicle) 등 여러 우주선이 실험기구, 연료, 식량을 ISS에 운반한다.
ISS는 부피가 약 1,000m³, 무게가 약 400,000kg, 전기 출력은 약 100kw, 구조물 길이는 약 108.4m, 모듈 길이는 74m이며, 승무원 6명이 생활할 수 있다.
요소 구성.
2007년 11월 기준으로, 국제우주정거장은 다음과 같은 모듈로 이루어져 있다.
정박 임무.
도킹.
모든 러시아 우주선과 자체 추진 모듈은 200킬로미터 이상 떨어진 곳에서 Kurs 레이더 도킹 시스템을 이용하여 사람의 개입 없이 우주정거장에 랑데부하여 도킹할 수 있다. 유럽 ATV는 항성센서와 위성위치확인시스템(GPS)을 이용해 도킹 경로를 결정한다. 거리가 가까워지면 우주선은 Zvezda와 Kurs 시스템을 광학적으로 인식하기 위해 레이저 장비를 사용한다. 승무원은 이 과정을 감독하지만 비상시 중단 명령을 보내는 것 외에 개입하지 않는다. Progress 우주선과 ATV 보급선은 ISS에 6개월 동안 머물 수 있어, 승무원이 물품과 쓰레기를 싣고 내릴 때 많은 시간을 확보할 수 있다. 초기 정거장 프로그램에서 러시아인들은 승무원이 중단하거나 감시하는 자동화한 도킹 방법을 추구했다. 비록 초기 개발 비용은 많이 들었을지라도, 시스템은 반복 운영 시 상당한 이익을 제공하도록 표준화되어 매우 신뢰할 수 있게 되었다. 또한 자동화한 도킹 방법은 승무원들이 도착하기 전에 다른 지역을 도는 모듈과 조립을 가능하게 했다.
승무원 교체에 사용되는 소유즈 우주선은 추가로 긴급 대피를 위한 구명보트 역할을 한다. 6개월마다 교체하고, 콜롬비아 재난 후에 국제우주정거장에서 고립된 선원들을 돌려보내기 위해 사용했다 경비로 인해 평균 2,722kg 보급품이 필요하며, 2011년 3월 9일 현재 승무원들은 총 22,000여 명 분의 식사를 했다.
연료 재보급과 추진.
2007년 기준으로 유도, 항법, 조종, 추진을 담당하는 핵심적인 ISS 모듈은 러시아의 즈베즈다 서비스 모듈과 프로그레스 우주선이다. 미래에는 ESA의 ATV도 이 역할을 함께 할 것이다.
ISS는 고도 유지, 우주 쓰레기 회피, 고도 조정을 위해 매년 평균 7000 kg의 추진제(propellant)를 필요로 한다. 2014년경에는 105,000 kg의 추진체가 매년 필요할 것이다. 7000 kg의 추진제를 보급하기 위해서는 여러 번의 화물 공급 우주선의 발사가 필요하다. 현재는 프로그레스 우주선을 매년 6회 발사하여 이를 충당한다.
프로그레스 M 화물우주선은 1100 kg, 프로그레스 M1 화물우주선은 1950 kg, 유럽 우주국의 ATV는 4000 kg, 미국의 Interim Control Module은 5000 kg의 연료(fuel)를 탑재한다.
미국의 우주왕복선은 232 kg의 연료를 ISS의 추진을 위해 사용할 수 있고, 특별히 ISS 추진을 위한 임무를 수행하는 경우 1626 kg의 reboost fuel이 가능하다.
자랴 모듈의 FGB는 5500 kg, 즈베즈다 모듈은 860 kg의 연료를 탑재한다. 그러나 이 두 모듈의 추진기는 예비용으로, ISS의 수명이 다하는 경우 마지막으로 사용하게 된다.
교신.
ISS는 전 세계인과 햄(아마추어 무선)으로 교신한다. 햄들은 보통 송신출력 5W의 핸디무전기로 ISS와 교신한다. 평일 0900UTC, 1200UTC, 1900UTC, 주말 토요일 1200UTC부터 일요일 1900UTC의 네 시간대를 통해 우주인들과 교신할 수 있다. 145.800 Mhz에 수신주파수를 맞추고, ITU Region 2(미국)와 Region 3(한국)에서는 144.490 Mhz로 음성 송신을 하면 된다. 우주인들이 무선교신을 하는 네 시간대 중에서도, ISS가 근처를 지나가는 시간대여야만 교신이 가능하며, 이것은 인터넷에 궤도 계산 사이트를 통해 알 수 있다.
2008년, 한국인 최초의 우주인 이소연은 한국인들과 햄교신 행사를 가졌다.
우주 쓰레기.
우주 공간이 점점 더 붐비면서 위협이 커지고 있다. 약 23,000 개의 우주 쓰레기가 미국 우주 감시 네트워크에 의해 추적 될 수있을 정도로 크다. 그러나 대부분의 물체는 직경이 10cm (4인치) 미만이면 모니터링을 할 수 없다. 클립 크기만한 우주 쓰레기도 치명적인 손상을 일으킬 수 있다. "현재 작은 것까지는 추적하지 않고 있다"라고 공간 기반의 지속 가능한 사용을 전담하는 Secure World Foundation에서 근무하는 Brian Weeden이 말했다. "그리고 센티미터단위의 작은 것이 위성에 부딪쳐도 심각한 문제가 일어날 수 있다." 실제 충돌은 드물지만 오늘날 거의 모든 잔해의 절반은 두 가지의 사건으로 인해 발생했다. 2007년 중국은 탄도 미사일로 자체 위성 중 하나를 파괴했다. 2009년에 미국의 상업 통신 위성이 러시아의 기상 위성과 충돌했다. 2015년에는 이 충돌로 생긴 파편이 날아와 국제 우주 정거장의 우주인이 Soyuz 캡슐로 대피한 적이 있다.
의료.
무중력 생활은 근육 위축, 골감소증, 체액 재분배, 심혈관 약화, 적혈구 생성 감소, 균형 장애 및 면역 체계를 약화 시킨다.
ISS 우주 비행사는 비행선의 입출항과 같은 임무로 인해 수면이 장기적으로 방해를 받는다. 이러한 신체 약화를 방지하기 위해 우주 정거장에는 트레드밀과 aRED와 같은 운동기구가 설비되어있으며 우주 비행사는 하루 최소 2시간을 운동한다.
미생물 위험.
우주 정거장에서는 지구에 규제되지 않은 미생물이 다량 발견된다. 이러한 미생물은 금속, 유리 및 고무를 분해하는 산을 생성 할 수 있다. 미생물에 의한 위험을 방지하기 위해 박테리아와 곰팡이를 더 빨리 식별 할 수 있는 LOCAD-PTS가 개발 되었다. ISS에 사용되는 모든 재료가 곰팡이 내성 테스트를 거쳤으며 습도 조절과 곰팡이 제거 화학 물질을 이용한 페인트 및 방부제를 사용한다.