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2014년 1월 2일 목요일

우주 정거장에서 불이 난다면 ?



 국제 유인 우주 정거장 (ISS) 를 비롯해서 거의 중력이 없는 상태 (흔히 무중력 상태라고 말하지만 실제로는 우주에서 중력이 전혀 작용하지 않는 순수한 의미의 무중력 공간은 없기 때문에 미세 중력 microgravity 이 있는 상태임) 의 우주선 안에서는 지구 표면과 같이 강한 중력이 작용하는 곳에서는 나타나지 않는 특이한 현상들이 일어납니다. 이점은 양초 하나만 켜봐도 알 수 있는데 미세 중력 하에서는 (물론 공기가 있는 밀폐공간에서) 우리가 지구에서 흔히 보는 눈물 모양의 불꽃이 아니라 독특하게 생긴 돔 모양의 불꽃이 형성됩니다.



(지구상에서의 불꽃의 모습 (좌측) 과 미세 중력 환경에서 불꽃 (우측) 의 차이 A comparison between a flame on Earth and a flame in a microgravity environment. This occurs because the flame on Earth is hot and since heat rises it makes that nice slender shape but since there isn't gravity in the second picture it just expands in a sphere.  Credit : NASA )




(나사 사이언스캐스트  )  


 위의 나사 사이언스 캐스트에서도 설명이 나오지만 이런 차이가 일어나는 이유는 물론 중력 때문입니다. 중력이 있는 상태에서는 따뜻해진 공기는 밀도가 낮아지면서 가벼워지기 때문에 차가운 주변 공기보다 위로 올라가면서 자연스럽게 상승 기류를 만들면서 공기를 순환시킵니다. 이런 환경에서 연소에 필요한 산소가 공급되는 것은 물론 독특한 눈물 모양의 불꽃이 형성됩니다. 


 그러나 중력이 거의 영향을 미치지 못하는 미세 중력 환경에서는 따뜻해진 공기는 밀도만 낮아질 뿐이지 상승 기류를 만들지는 않습니다. 따라서 같은 양초라도 미세 중력 환경에서는 불꽃의 크기와 밝기 모두 낮아질 수 밖에 없습니다. ISS 에는 공기 순환을 위한 펌프가 있어 대기를 순환시키기는 하기 때문에 화재가 날 경우 어쨌든 신선한 공기가 계속 공급되긴 하지만 지상 만큼 빠르게 연소되지는 않는다고 합니다.


 하지만 그렇다고 해서 화재가 위험하지 않은 것은 아니죠. 밀폐된 공간에서의 화재는 매우 심각한 문제를 발생시키게 됩니다. 유독가스의 농도도 훨씬 빨리 올라가고 산소도 빠르게 고갈되어 우주인이 위험해 질 수 있습니다. 특히 밖으로 대피하기 힘들기 때문에 더 위험합니다. 일단 화재가 발생하면 ISS 에서는 3 단계 매뉴얼에 따라 대응을 한다고 합니다. 


 첫번째는 신선한 공기를 공급해서 화재가 진행되는 것을 막기 위해 환기 시스템을 정지 시킨다고 합니다. 두번째로는 화재가 난 유닛의 전력을 내리는데 합선등의 2차 피해를 막기 위한 것으로 보입니다. 그리고 마지막은 소화기를 사용해서 화재를 진압하는 것입니다. ISS 에는 러시아 유닛에 포말 소화기가 있고 나머지는 이산화탄소 소화기가 있다고 하네요. 


 지금까지 다행히 ISS 에서는 화재가 없었지만 1997 년에 우주 정거장 미르 (Mir) 에서는 실제 화재 사건이 일어나기도 했습니다. 다행히 곧 진압되기는 했지만 덕분에 유독 가스가 정거장 안에 차기도 했었죠. ISS 에서도 같은 일이 일어나지 말라는 법이 없기 때문에 소방 안전은 현재도 중요한 이슈이며 ISS 내부에는 소화기가 비치되어 있습니다.    



(러시아 모듈에 비치된 포말 소화기   Credit : NASA)


 한가지 더 덧붙이면 위의 사이언스 캐스트에 소개된 것처럼 독특한 형태의 연소 때문에 ISS 에서는 미세 중력 상황에서의 연소를 연구하고 있습니다. 이런 연소 반응에 대한 연구가 미래에 더 효율적인 내연 기관 개발에 도움이 될지도 모른다고 하네요. 


 참고 





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