국제 우주 정거장의 생명 유지 시스템과 기술

국제 우주 정거장의 생명유지 시스템 개요

국제 우주 정거장(International Space Station, ISS)은 지구 저궤도에서 인간이 장기간 거주하며 과학 실험을 수행하는 복잡한 환경을 제공하는 구조물로, 생명유지 시스템(Life Support System)은 우주 정거장의 운영에 있어 필수적이다. 생명유지 시스템은 산소 공급, 이산화탄소 제거, 수분 재생, 온도 및 습도 조절, 폐기물 관리 등 인간의 생존을 보장하는 다양한 기능을 포함한다. ISS의 생명유지 시스템은 지구와의 물자 공급에 대한 의존도를 최소화하면서도 우주 비행사들이 장기간 머무를 수 있도록 설계되었다. 이러한 시스템은 폐쇄형 순환 방식(closed-loop system)과 개방형 방식(open-loop system)을 혼합하여 사용하며, 지속 가능한 우주 거주를 위한 중요한 기술적 도전과 해결책을 포함하고 있다. ISS의 생명유지 시스템은 미래의 심우주 탐사나 유인 화성 탐사와 같은 장기적 우주 임무에 적용될 수 있는 중요한 기초 기술을 제공한다.

 

산소 생성과 이산화탄소 제거 시스템

산소는 인간이 생존하는 데 필수적인 요소이며 우주 정거장에서는 전기분해 시스템을 통해 물을 산소와 수소로 분해하여 산소를 생성한다. ISS의 전기분해 시스템은 '전자발사 시스템(Electrolysis Oxygen Generator)'으로 알려져 있으며, 이 시스템은 물을 전기로 분해하여 산소를 공급하고 남은 수소는 메탄과 같은 폐기물 가스를 제거하는 데 사용된다. 이산화탄소 제거 시스템은 우주 정거장의 또 다른 중요한 요소이다. ISS는 '사바티어 반응기(Sabatier Reactor)'와 '이산화탄소 제거 장치(CO2 Removal Assembly, CDRA)'를 사용하여 이산화탄소를 효과적으로 제거한다. 사바티어 반응기는 이산화탄소와 수소를 반응시켜 물과 메탄을 생성하며, 이 물은 다시 산소 생성에 사용될 수 있다. 이러한 순환적인 접근은 우주 정거장의 폐쇄형 생명유지 시스템의 핵심으로 자원의 재활용률을 높여 지구와의 물자 공급을 줄이는 데 기여한다.

 

 

수분 재생과 폐기물 관리 기술

우주 정거장에서는 수분의 효율적 재생이 생명유지 시스템의 중요한 부분을 차지한다. ISS는 '물 재생 시스템(Water Recovery System, WRS)'을 통해 우주 비행사들이 사용하는 폐수, 땀, 호흡에서 나오는 수증기를 재생하여 깨끗한 물로 정화한다. 이 시스템은 증발, 증류, 여과 등의 복합적인 물리화학적 과정을 이용하여 수분을 재생하는데, 최대 98%의 물을 재활용할 수 있다. 또한 폐기물 관리는 장기적인 우주 비행에서 필수적이다. ISS는 고형 폐기물과 액체 폐기물을 분리하여 처리하며, 고형 폐기물은 특수 컨테이너에 저장된 후 지구 대기권에 재진입하여 소각되도록 설계되어 있다. 액체 폐기물은 수분 재생 시스템으로 보내져 처리되며 식수나 산소 생성에 사용될 수 있는 순환 자원으로 재활용된다. 이러한 폐기물 관리와 수분 재생 기술은 우주 정거장의 자급자족 능력을 크게 향상하고 장기적인 우주 탐사에서의 생존 가능성을 높이는 데 중요한 역할을 한다.

 

온도와 습도 조절 시스템

우주 정거장에서의 온도와 습도 조절은 우주 비행사의 건강과 장비의 안정성을 유지하기 위해 매우 중요한 요소이다. ISS는 열제어 시스템(Thermal Control System, TCS)을 통해 내부 온도와 습도를 정밀하게 조절한다. TCS는 두 가지로 나뉘는데, 하나는 우주 정거장의 내부 온도를 유지하기 위한 '내부 열제어 시스템(Internal Thermal Control System, ITCS)'이고 다른 하나는 외부 환경과의 열 교환을 관리하는 '외부 열제어 시스템(External Thermal Control System, ETCS)'이다. ITCS는 냉각수를 순환시켜 장비와 거주 구역의 열을 흡수하고, ETCS는 열 교환기를 통해 흡수된 열을 외부로 방출한다. 이를 통해 ISS 내부는 일정한 온도와 습도를 유지하며 우주 비행사의 건강을 보호하고 장비의 성능을 최적화할 수 있다. 습도 조절은 공기 중의 수증기를 제거하여 우주 비행사의 호흡을 용이하게 하고 우주 환경에서의 결로 현상을 방지하는 데 필수적이다. 이러한 조절 시스템은 우주 비행 환경에서의 생리적 안정성을 유지하는 데 핵심적인 역할을 한다.

 

공기 정화와 미세먼지 제거 시스템

우주 정거장 내의 공기 질은 우주 비행사의 건강과 작업 효율성에 중요한 영향을 미친다. ISS는 공기 정화 시스템을 통해 미세먼지, 화학 물질, 미생물 등을 제거하여 깨끗한 공기를 제공한다. 공기 정화 시스템에는 '헤파 필터(High-Efficiency Particulate Air, HEPA filter)'와 활성탄 필터가 사용되며, 이들 필터는 미세먼지와 공기 중의 화학 물질을 제거하는 데 효과적이다. 또한 미세먼지 제거는 우주 정거장에서 중요한 요소로, 미세먼지는 전자 장비에 부착되어 전기적 문제를 일으킬 수 있기 때문이다. 이를 위해 ISS는 공기 순환 팬과 정전기를 이용한 미세먼지 제거 시스템을 사용하여 공기 중의 입자들을 지속적으로 제거한다. 이러한 시스템은 우주 비행사들이 깨끗한 공기를 마시며 작업할 수 있도록 보장하고 장기적인 우주 임무에서의 건강 유지와 장비의 성능을 보장하는 데 필수적이다.

 

생명유지 시스템의 미래와 개선 방향

미래의 우주 탐사, 특히 화성 탐사나 심우주 탐사를 위해서는 더 효율적이고 자급자족 가능한 생명유지 시스템이 필요하다. 이를 위해 현재 ISS에서 사용되는 시스템들을 더욱 개선하고 신기술을 도입하는 연구가 진행되고 있다. 예를 들어 식물 기반의 생명유지 시스템은 산소 생성과 식량 공급을 동시에 해결할 수 있는 중요한 연구 주제로 떠오르고 있다. 또한 미생물을 활용한 폐기물 재활용 기술과 더 고효율의 물 재생 시스템이 개발되고 있다. 나사(NASA)와 유럽우주국(ESA)은 이러한 새로운 기술들을 통합한 차세대 생명유지 시스템을 연구하고 있으며, 이는 장기 우주 비행에서의 자급자족을 높이는 데 기여할 것으로 기대된다. 앞으로의 생명유지 시스템은 단순히 생존을 보장하는 것을 넘어 우주에서의 인간 생활을 보다 지속 가능하고 안정적으로 만드는 데 초점을 맞추게 될 것이다. 이러한 기술적 진보는 미래의 우주 탐사 임무를 더욱 성공적으로 수행하는 데 중요한 역할을 할 것이다.