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2015년 7월 6일 월요일

우주에서 인공 중력 만들기


 우주는 인류의 오랜 목표이지만, 사실 우주 공간으로 나가는 순간 인체는 여러 가지 문제에 직면하게 됩니다. 높은 방사선 환경은 말할 것도 없고 미세 중력 환경 (무중력 상태라고 부르는데 사실 미세한 중력이 있을 수 밖에 없겠죠)이 우리 신체 매우 큰 악영향을 미치기 때문입니다. 중력이라는 스트레스가 없는 환경에서 인간의 뼈와 근육은 급속히 약화되기 때문에 장시간 우주에서 있는 경우 반드시 이 문제를 해결할 대안이 있어야 합니다.

 가장 좋은 방법은 말할 것도 없이 내부에 중력을 가진 우주선이나 혹은 우주 정거장을 만드는 것입니다. 거대한 원통모양의 우주 정거장이 회전하면서 원심력에 의한 인공 중력을 발생시키거나 혹은 도넛 모양의 거대한 구조물을 회전시켜 중력을 만드는 방식은 이론적으로는 매우 타당하지만, 현재 기술로는 비용 문제 때문에 도저히 엄두를 낼 수 없는 방법입니다.


 MIT의 연구자들은 더 현실적인 대안을 제시했습니다. 사실 이들이 제안한 방법은 새로운 것은 아니고 이전에도 나왔던 것이지만, 이제 국제 유인 우주 정거장(ISS)에 탑재할 수 있을 만큼 개발이 진행된 것이라고 할 수 있습니다. 



(Swedish astronaut Christer Fuglesang tries out the new centrifuge while MIT professor Larry Young coaches him on. Credit: Bill Litant/MIT AeroAstro)


(These illustrations depict how the researchers' new centrifuge could be used in space.)


 작동원리는 별도의 설명이 없어도 쉽게 이해가 가능할 것입니다. 일단 우주인이 자전거 바퀴를 돌리면 원통형의 구조물 안에서 회전을 하면서 원심력을 만드게 됩니다. 쉽게 말해 운동을 하면서 중력을 만드는 것입니다. 우주인은 우주 정거장과 같은 미세 중력 환경에서 근력과 체력을 유지하기 위해서 반드시 하루 몇 시간씩 운동을 해야 합니다. 그러면서 중력에 노출되는 것이죠. 이는 뼈의 강도와 근력을 유지시키는 데 큰 도움을 줄 수 있습니다. 

 이 장치를 이용해서 지구 표면 중력과 같은 1G의 중력을 만들기 위해서는 분당 28회 정도 회전을 해야 한다고 합니다. 12명의 건강한 자원자를 대상으로 한 실험에서 각각의 참여자들은 15분 정도 페달을 돌리고 10분 정도 원통이 완전히 정지할 때 까지 중력을 받으면서 있었다고 합니다. 테스트 기간 중 생각할 수 있는 가장 심각한 부작용인 현기증과 어지러움은 다행히 심하지 않았다고 하네요. 

 불행히 당장 이 장치를 ISS에 적용하기는 어려울 것 같습니다. 그에 필요한 공간이 충분치 않기 때문이죠. 하지만 2030년대를 목표로 한 화성 유인 탐사에서 상당히 유용하게 사용될 가능성은 여전히 존재합니다. 화성 표면에 도달하면 아무리 지구 중력의 38%라고 해도 분명 중력의 힘이 존재합니다. 화성까지의 긴 여행으로 뼈와 근육이 약해진 우주 비행사는 화성 표면에서 걷기도 힘들 수 있습니다. 

 따라서 이런 근력과 뼈의 강도를 유지시키는 장치를 적절히 사용하므로써 문제를 해결해야만 하는 것은 당연합니다. 다만 가까운 미래에 우주에서 테스트를 직접 해볼 수 없다는 것이 좀 아쉬운 일이네요. 

 참고  


"Combining ergometer exercise and artificial gravity in a compact-radius centrifuge," Acta Astronautica, Volume 113, August–September 2015, Pages 80-88, ISSN 0094-5765, dx.doi.org/10.1016/j.actaastro.2015.03.034
 



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