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국제 우주 정거장 (ISS) 은 무엇인가?

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ISS 의 2008년 3월달의 모습과 현재 이 프로젝트에 동참한 국가들


 국제 우주 정거장(ISS, International Space Station) 은 현재 우주공간에서 조립되고 있는 연구시설이다. 1998년 처음 탄생하였으며, ISS 는 저궤도 상을 돌고 있으며 지구에서도 육은으로 확인 가능하다. ISS 는 지구부터 대략 350km(217 마일) 정도 높이 떠 있으며 평균 속력 27,700km/h ( 7km/s ) 로 지구를 돌며 이는 대략 하루에 15.77 번 지구를 도는 것이다. ISS 는 현재 245,735kg 정도 되며 완공시 무게는 471,736 kg 로 배로 뛸 것이다.
  국제 우주 정거장은 세계 여러 나라서 함께 해 만든 프로젝트로 미국(NASA), 러시아(RKA), 일본(JAXA), 캐나다(CSA), 그리고 유럽의 11개의 국가(ESA) 가 참여하였고 최근 중국도 만약 러시아와 함께 이 프로젝트에 참여할 수 있게 된다면 이 국제 우주 정거장 프로젝트에 참여할 것 처럼 보였으나 아직까지 참여하지는 않고 있다. 브라질 우주국은 NASA 와 계약을 맺어 프로젝트에 개별적으로 참여였다.
  ISS 는 미국의 우주 정거장 프리덤 계획(비록 자금 문제로 취소되었지만)의 연장선으로 볼 수 있다. ISS 는 세계 각국에서 보낸 모듈들이 하나로 합쳐진 형태로 러시아의 미르 2, 유럽의 콜럼버스와 키보, 일본의 실험모듈 등이 있다. 이 프로젝트는 2010년에 종료 될 것으로 보이며 ISS 는 2016 년 쯤 까지 남아있을 것이다. 2008년 현재, ISS 는 다른 어떠한 우주 정거장 보다 더 커지게 되었다.

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최초로 ISS 에 간, YuriMalenchenko.

  ISS 에는 2000년 11월 2일 부터 지속적으로 사람들이 거주하였고 이는 우주공간이 인간의 존재를 알리는 계기가 되었다. 초기의 ISS 에 있던 모든 사람들은 모두 러시와와 미국 사람이였지만 2006년 7월 독일 ESA 소속 Thomas Rekiter 을 계기로 15개 국가에서 사람들이 방문하였다. 게다가 ISS 는 첫 5명의 우주 관광객의 도착지이기도 하다.

  1980년대 초기, NASA 는 소련의 샬류트와 미르 우주 정거장에 대항하기 위해 '우주 정거장 프리덤' 이라는 프로젝트를 계획하였지만 소련의 붕괴와 함께 찾아온 냉전의 종식으로 인해 이 계획은 실현되지 못하였다. 1990년대 초, 우주 개발 경쟁이 끝나감에 따라 미국의 수뇌부는 진짜 국제 우주 정거장을 만들기 위해 유럽, 러시아, 일본, 캐나다 와 협상을 시작하였고 프로젝트는 1993년에 '우주 정거장 알파' 라는 이름으로 발표되었다. 이 계획은 NASA 의 Space Station Freedom, 러시아의 Mir-2(현재 ISS 의 중심인 즈베즈다 모듈), ESA 의 콜럼버스(원래 독립적인 실험실) 등이 합쳐지는 것이였다.
  ISS 의 첫 부분인 Zarya Functional Cargo Block 는 1998년 11월, 러시아의 프로톤 로켓을 통해 궤도에 처음으로 올려졌다. 그리고 다른 2개의 모듈인 유니티 모듈과 즈베즈다 모듈이 보내졌고 처음으로 ISS 에 도킹할 유인 우주선 Expetion 1 ( 미국의 우주인 William Shepherd 와 2명의 러시아 우주인 Yuri Gidzenko 와 Sergei Krikalev 가 탑승하였다. ) 이 발사되었다. 이는 2000년 11월 2일 ISS 와 도킹하였다.

ISS 의 건설과 그 모듈들

  ISS 의 조립은 항공 우주 공학에서 매우 힘든 일이지만 놀라움의 상징이다. 만약 ISS 의 조립이 모두 끝난다면 크 크기는 대략 1000m³ 정도 될 것으로 예측한다. 조립은 1998년에 프로톤 로켓에 실려서  보내진 Zarya 모듈로 부터 시작하며, 2008년 현재 조립은 70% 정도가 끝났다. Zarya 모듈이 발사된지 2주 후에 STS-88 셔틀 미션에 따라 Unity 모듈을 Zarya 모듈에 연결시켰다. 이 ISS 의 중심부인 2개의 모듈은 2000년 러시아의 Zvezda(즈베즈다)  모듈이 더해지기 전 까지 1년 반 동안 이름이 붙여지지 않았었다. 이 즈베즈다 모듈을 통해 ISS 에서 최대 3명의 사람이 영구적으로 살 수 있게 해주었다.

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자랴(Zarya) 모듈의 내부 구조


  ISS 는 현재 아직도 건설중이며 완공시 14개의 모듈이 부착되어 있을 것이다. 이 모듈들은 실험실, 도킹하는 부분, 기밀실, Node 와 생활시설들일 것이다. 참고로 위들 중 9개의 모듈들이 현재 ISS 에 부착되어 있으며 앞으로 5개가 남았다. 각각의 모듈들은 스페이스 셔틀, 프로톤 로켓, 그리고 소유즈 우주선을 통해 보내졌다.

  다음은  ISS 에 설치된 모듈들과 설치될 예정인 모듈들을 표로 정리한 것이다.


모듈명 도킹한 날
목적
개별 모습
합쳐진 모습
Zarya
(자랴)
N/A 전기시설, 저장 공간, 추진수단, 및 다음 모듈이 연결되기 위한 안내장비로 쓰였으며 현재는 저장공간으로 쓰이고 있다
Unity
(유나이티, 노드 1)
1998-12-07 미국에서 만들어진 첫번째 모듈이다. 이 모듈은 Z0 truss, Quest 기밀실, Destiny 실험실 그리고 Node 3 의 부착을 위해 만들어졌다.
Zvezda
(즈베즈다)
2000-07-26 ISS 에 거주하는 사람들의 생활을 위한 모듈로 환경 시스템, 고도 등의 조정, 소유즈 우주선과 프로그레스 우주선 그리고 우주 정거장 왕복선(ATV)의 도킹을 위해 만들어 졌다. 이 모듈을 통해 사람들이 ISS 서 거주할 수 있게 되었다.
Destiny
(데스티니, US 실험실)
2001-02-10 주요한 연구 설비이며,  ISS 의 환경 시스템을 조정하기도 한다.
Quest
(퀘스트, 기밀실)
2001-07-14 ISS 의 주요한 기밀실로 이 곳을 통해 나가면 미국의 EMU 또는와 러시아의 Orlan spacesuits 을 입고 우주 유영을 할 수 있다.
Pirs
(피어스, 도킹하는 부분)
2001-09-16 ISS 에 소유즈와 프로그레스 로켓에 도킹할 수 있는 추가적인 시설을 제공해 주며, 이 곳을 통해 우주 유영을 할 수 있는 출입구가 위치해있다.
Harmony
(하모니, 노드 2)
2007-11-14 ISS 의 설비 시설로 Node 2 에는 태양열 전지판을 통해 전력을 생산할 수 있는 4개의 시설과, 여러 다른 모듈과 부착할 수 있다. 따라서 이 모듈에는 유럽의 콜럼버스 실험실 모듈이 부착되었고, 일본의 키보 실험실이 부착될 예정이다.  
Columbus
(콜럼버스, 유럽 과학 실험실)
2008-02-11 유럽에서 만들어진 모듈로  주요한 실험시설이다. 이는 실험을 위한 10개의 시설을 제공해 준다.
실험실 모듈
(JEM-ELM)
2008-03-12 키보는 일본의 실험실 모듈로 ELM 은 실험실에 운송 및 저장 시설을 제공해 준다. 이는 외부의 진공상태에서 물체를 들여올때 모듈안의 기압을 정상화 시키지 않고도 바로 들여올 수 있는 기능을 가졌다.

일본의 기압 모듈
(JEM-PM)
TBD 아직 발사되지 않음. 키보 일본 실험실 모듈의 일부분으로 PM 은 키보 모듈이의 중심부로 10개의 선반을 제공해 준다.  
다목적 실험 모듈
TBD 아직 발사되지 않음. MLM 은 러시아의 주요 실험실 모듈이 될 것이며 이 모듈은 실험, 도킹 그리고 창고로 쓰일 것이다. 또한 이 시설에서 우주인들이 쉴 수 있는 공간을 마련해 주며  고도 조정 장치의 이상을 대비해  2차 적인 고도 조정 장치를 탑재해 만약 원래 조정 장치에 문제 발생시 여기서 해결 할 수 있다.

소규모 연구 모듈
TBD 아직 발사되지 않음. 러시아에서 만들어지는 마지막 모듈로 MRM1 은 도킹 및 창고 모듈로 쓰일 것이다. 


노드 3
TBD 아직 발사되지 않음. 마지막으로 미국에서 만들어지는 모듈로 이는 우주인들의 생명 유지 장비를 더욱 발전시킬 것이다. 여기에는 버려진 물을 재활용 할 수 있는 장비와 산소 발생장치들이 있다.

큐폴라
TBD 아직 발사되지 않음. 큐폴라는 관측 모듈로 ISS 의 우주인들이 로봇을 이용하여 도킹되어있는 우주선의 모습을 볼 수 있으며 지구를 관측하기 위해 쓸 수 도 있다. 이 모듈은 로봇인 SSRMS 와 소형 운석으로 인해 유리창이  깨졌을 때를 대비해 쓸 수 있는 셔터를 가지고 있다. 큐폴라는 ISS  에 부착될 마지막 모듈이다.

주요한 ISS 의 시스템들

  ISS는 사용하는 전기는 모두 태양 에너지로 부터 충당한다. STS-97 셔틀 미션 전까지 러시아 모듈의 자랴와 즈베즈다에 부착되어 있는 전지판이 유일한 전력원이 였다.  러시아 모듈은 29볼트(직류) 전압을 사용하지만, 나머지 모듈의 트러스에 부착되어 있는 전지판은 대략 130~180V 사이의 전기를 생산해내며 160V 까지 안정된 후에 변압기를 통해서 124V 까지 낮춘 후 사용한다. 전기는 변압기를 통해서 여러군데에서 공유될 수 있으며 이는 러시아가 과학 전지 플랫폼 건설을 취소한 뒤로 더욱 중요해졌다(러시아는 그 후로 미국의 태양열 전지판에서 전기를 공급받아야만 한다).
  높은 전압(130V~180V) 을 쓰는 이유는 전선의 크기를 줄여서 무게를 줄이기 위함이다. 태양열 전지판은 태양을 바라보도록 배열되었는데 이는 태양에너지를 최대로 이용하기 위함이다. 전지판은 375 m² 넓이의 58m 정도 된다. 만약 완공이 끝난다면 태양 전지판은 계속 회전해서 태양을 지속적으로 바라볼 수 있도록 할 것이다.

  ISS 의 환경 조절 및 생명 유지 시스템은 내부 기압, 산소 농도, 물, 화재 진압등의 일을 한다. 엘렉트론(Elektron) 시스템은 ISS 로 산소를 발생시킨다. 생명 유지 시스템에서 가장 중요한 것은 공기 조절이며 그 외에도 버려진 물을 재활용 해서 재 공급한다. 예를들어서 시스템은 물을 싱크, 샤워, 오줌 그리고 수증기를 통해서 모은 후 재활용 한다. 또한 숯 필터는 인간의 신진대사로 인해 배출된 부산물들을 효과적으로 제거하는 기기이다.
 
  마지막으로는 고도 조절 시스템이 있는데 ISS 는 지구로 부터 최소 278km 에서 최대 460km 까지 떨어질 수 있다. 평균적으로 소유즈 로켓과 도킹을 하기 위해선 최대 425km 상공 까지 떠 있을 수 있다. ISS 가 중려게 의해 지속적으로 지구쪽으로 추락하고 있기 때문에 매년 ISS 는 부스터를 통해서 고도를 높혀줄 필요가 있다. ISS 는 평균적으로 2.5km 정도 지구쪽으로 하강하며 즈베즈다 모듈에 2개 있으며 부스터를 통해 고도를 몇 km 정도 상승시킬 수 있다. ISS 가 건설 중에 있었을 때, 고도는 지금에 비해 매우 낮아서 스페이스 셔틀이 많은 화물을 싵고도 ISS 에 쉽게 갈 수 있었다.

ISS 에서의 연구 및 실험
 
  ISS 의 기본적인 임무는 우주 정거장에서의 지구와 다른 특별한 상태를 이용해서 여러가지 실험을 할 수 있는 장소를 제공하는 것이다. ISS 에서 이루어지는 주요 실험들 중에는 생물학, 물리학(유체역학, 양자역학 등), 천문학, 기상학 등이 있다. 2007년 부터 장기간의 미소 중력에 따른 인간의 몸 상태의 변화 실험이 진행되고 있다. 4개의 새로운 연구 모듈이 2010년 까지 도착할 예정이며 이에 따라 더 세부적인 실험이 진행될 예정이다.
  데스티니(Destiny) 실험 모듈은 현재 ISS 의 주요한 실험 모듈이다. NASA 에 의해 제작되었고 2001년 2월에 우주로 발사되었다. 이 모듈에는 여러가지 실험들을 위한 장비들이 있다. 콜럼버스(Columbus) 모듈은 다른 실험실 모듈로 ESA 에 의해 제작되었다. 이 모듈은 2008년 2월에 발사되었고 이는 생물학, 유체 역학을 위한 특별한 실험장비들이 탑재되어 있다. 그 외에도 아직 발사되지는 않았지만 여러가지 실험 모듈들이 발사 예정인데 일본의 실험모듈인 키보(Kibo) 는 2009년 1월 즈음에 발사될 예정이며 이는 여러가지 천문학 데이타들을 위한 장비들이 있을 것이다. 또한 NASA 에 의해서 만들어 지고 있는 ExPRESS Logistics Carrier 는 2009년 9월 11일 전까지 발사될 예정이며 이는 여러가지 실험들을 위한 전력을 생산시킬 것이다. 또한 RKA (러시아) 에 의해서 만들어 지고 있는 다목적 실험 모듈(Multipurpose Laboratory Module) 은 2009년 후반에 발사될 예정으로 이는 우주에서의 미소중력에 관한 여러가지 실험들을 할 예정이다.
  반면에 여러가지 취소된 연구모듈들도 있는데, Centrifuge Accommodations (여러가지 크기의 중력을 발생시킴) 모듈과 러시아 연구 모듈(보통의 실험을 위한 모듈) 이 취소되었고 알파 자기 분광기 실험도 취소되었다.
 
ISS  에서의 연구 분야

  ISS 에서 생물학에 관한 여러가지 실험들이 진행될 예정인데 그중 하나는 우주에서의 장기간의 미소 중력이 우리 신체의 미치는 영향에 대해 알아보는것이다. 예를들어 근위축증이나 골밀도 감소, 몸의 체액이 위로 쏠리는 현상 들에 관한 연구는 미래의 우주 여행 들을 할 때 중요한 자료로 쓸 수 있다. 또한 우주에서의 여러가지 동식물들에 발달에 대한 중력에 영향들을 조사하고 있다. 최근 실험 데이터에 따르면 미소 중력이 인간의 조직에서 여러가지 다른 단백질을 생성하는 데 영향을 끼친다고 말했다.
  NASA 는 생물학 말고 여러가지 물리학에 관한 실험을 하는데 유체에 대해 미소중력이 작용하는 영향은 아직 완전히 밝혀지지 않았고 연구자들은 우주에서의 좀 더 낳은 실험을 하기를 원한다. 게다가 지구에서는 질량이 다른 두 유체가 완전히 섞이기 힘들지만 우주에서는 완전히 섞일 수 있다. 우주에서의 미소 중력과 낮은 온도 때문에 두 유체간의 반응이 느리게 진행하므로 이를 조사함으로써 과학자들은 물질의 초전도성에 대해 깊은 연구를 할 수 있다.  
  또한 연구자들은 미소 중력에서의 연소 반응에 대해서 연구할 수 있으며 이를 통해서 우주에서의 연소 작용이 지구보다 더 에너지 효율이 높다는 연구 결과가 나온다면 이는 엄청난 경제 및 환경적인 이익을 얻을 수 있다. 과학자들은 ISS 를 지구 대기속의 에어로졸, 오존, 수증기, 산화물 들을 측정할 것이며 그 외에도 우주에서의 우주선, 우주먼지, 반물질, 암흑물질들에 관해 깊은 조사를 할 것이다.

ISS 에서의  주요 사건 일지

   2001년 6A Anomaly

   데니스 티토(Dennis Tito) 가 최초의 우주 관광객이 되기 직전에 2001년 4월 25일, ISS 의 메인 컴퓨터의(C&C MDMs) 디스크  드라이브 카트리지(DDC) 로 이루어진 기억 저장 장치(Memory Storage Devices, MSDs) 가 모두 동시에 다운되었다. 그래서 현재의 MDM 의 DDC 는 고체 소자를 이용한 SSMMU 를 이용한다.

  2006년 연기 사건

  2006년 9월 18일에 Expedition 13 호의 탑승인들은 러시아 모듈에 있는 산소 발생기에서 연기가 나자 화재 발생의 위험때문에 연기 알람을 가동시켰다. 그러나 화재는 없었고 승무원들은 아무런 문제가 없다고 공식적으로 발표했다. 그 후 그들은 계속해서 창고 쪽에 연기가 난다고 보고했고 이는 나중에 수산화칼륨의 누출로 인해 발생된 것으로 밝혀졌고 그 장비는 사용 종료했다.
  어떠한 상황이라도 ISS 의 통풍 시스템은 연기 또는 오염물질들이 ISS 안에서 퍼지는 것을 막기위해 계속 가동한다. 숲 에어 필터는 공기중의 수산화칼륨 연기를 흡수하기 위해서 설치되었다. ISS 의 프로그램 매니저는 승무원들이 여태까지 가스 마스크를 쓴 적이 한번도 없다(ISS 의 이상현상 때문에)고 말했지만 만일을 위해서 오염물질과의 접촉을 피하기 위해 수술용 장갑과 마스크를 쓰고 있다고 했다.
  2006년 11월 2일에, 러시아의 프로그레스 M-58 에 타고 온 사람들에 의해서 Elektron(산소 발생 장비) 을 고쳤다.
  2007년 컴퓨터 고장

  2007년 6월 15일에 러시아 모듈에 컴퓨터가 고장이 나서 ISS 내의 온도를 상승시켰지만 컴퓨터가 성공적으로 재부팅을 하였다. 그 와중에 화재 알람을 가동시켜서 자고 있던 승무원들을 깨우게 했다. 6월 15일에 러시아 컴퓨터가 다시 정상으로 돌아왔지만 2번째 시스템은 아직 고장난 상태고 좀더 노력을 해야했다고 했다. NASA 는 산소 농도를 조정하는 컴퓨터가 고장난다면 ISS 는 56일 까지만 버틸 수 있다고 했다. 6월 16일에는 ISS 프로그램 매니저인 Michael Suffredinini 가 러시아 모듈에 있는 6개의 모든 컴퓨터에 대해 확인하였고 고장났던 2개의 컴퓨터는 다시 정상으로 돌아왔지만 며칠동안 계속 확인작업을 할 것이라 했다. 또한 ISS 의 냉방 및 화재 시스템이 다시 정상으로 돌아왔다.

  2007 - 찢어진 태양 전지판

  2007년 10월 30일에 ISS 와 디스커버리 호의 승무원들은 P6 트러스에 태양 전지판을 배치하기 시작하였다. 첫번째 열은 아무런 사고 없이 무사히 배치되었으나 두번째 열은 80% 가량 배치하였을 때 76cm 가량이 찢어진 것을 확인하였다. 게다가 자세한 조사를 통해서 다른 부분이 찢어진 것도 확인하였는데 11월 3일에 우주 유영자 Scott Parazynski 가 Douglas Wheelock 의 어시스트 하의 우주 유영을 통해서 찢어진 부분을 고치기 시작하였다. 이는 보통의 우주유영 보다 훨씬더 위험하였는데 이는 태양 전지판으로 부터 전기 스파크가 발생해 쇼크사할 위험이 있었다. 이 때문에 처음으로 스페이스 셔틀의 팔을 이용하엿는데 이는 더욱더 힘든 작업이였다. 그러나 Parazynski 는 위 모든 위험에도 불구하고 성공적으로 수리했다.

* 참고자료 *

글 본문 : http://en.wikipedia.org/wiki/International_Space_Station
사진 출처 : 위와 같음
번역 : Psi , 일부분 생략


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