우주인은 우주에서 어떻게 호흡하나요?

엔지니어들은 우주의 진공 상태에서 산소를 생성하기 위해 특별한 방법을 고안해야 했습니다 . 우주인이 우주에서 호흡하는 방식은 다음과 같습니다 .

우주에서 호흡하는 방법

1997년, 국제 우주 정거장의 전신인 미르 우주 정거장에서 화재가 발생했습니다. 원인은 우주선의 산소 발생기로, 호흡 가능한 분위기를 조성하기 위해 고체 과염소산 리튬 실린더를 태웠습니다. 발전기를 조립하는 동안 내부에 고무 장갑의 재료가 남아 있었을 가능성이 있는데, 기계가 작동했을 때 불이 붙어 약 14분 동안 지속된 후 완전히 꺼졌습니다.

승무원 중 누구도 다치지 않았지만, 이 사고는 우주인이 궤도에 있는 동안 지속적으로 산소를 공급하는 일의 어려움과 안전상의 위험을 드러냈습니다. 기내 정수 시스템과 마찬가지로, 생명을 구하는 물을 공급하는 장치는 1960년대에 우주 경쟁이 시작된 이래로 크게 발전했습니다.

스모크 앤 미르

1969년 최초로 인간을 달에 착륙시킨 임무를 포함한 아폴로 계획에서는 명령 모듈에서 순수한 산소 분위기를 유지하기 위해 환경 제어 장치(ECU)를 사용했습니다. ECU에는 수산화리튬과 활성탄 카트리지가 장착되어 우주인의 호흡에서 이산화탄소를 걸러내고 냄새를 흡수합니다. 또한 물을 생성하고 기내 온도를 유지하여 최대 3명의 우주인이 우주에서 14일 동안 생존할 수 있도록 합니다.

1986년에 발사된 미르 우주정거장은 장기 우주 임무를 위해 설계되었으며 화학 반응을 통해 산소를 생산했습니다. 발전기는 대형 에어로졸 캔 크기의 과염소산리튬 실린더에 불을 붙여 연소하면서 산소를 방출합니다. 이러한 "산소 양초" 중 하나는 승무원이 하루 동안 호흡할 수 있는 충분한 공기를 제공했지만, 고무 장갑 사고로 이 시스템의 취약점이 드러났습니다.

그 사고 이후, 항공우주 엔지니어들은 더 이상 화학 반응을 이용해 우주에서 산소를 생성하지 않았습니다. ISS는 2000년대 초반에 Mir를 대체했으며 전기분해를 기반으로 한 더 안전한 ECU를 장착했습니다. 전기분해는 발전기를 사용하여 양성자 교환막을 통해 물 분자를 산소와 수소로 분리합니다. 이 과정을 통해 생산된 산소는 대기 중으로 방출되고, 수소는 승무원이 내쉬는 이산화탄소와 결합되어 식수와 메탄을 생산합니다. 현재 메탄은 우주 정거장 밖으로 배출되지만 언젠가는 선상 생물생산 공정에 유용하게 쓰일 수 있을 것입니다. ISS는 또한 백업용으로 산소를 생성하는 미르 모델을 탑재하고 있습니다.

배낭 속의 삶

우주선 내부에 있는 우주인에게 산소를 공급하는 것은 하나의 일입니다. 장비를 테스트하거나, 실험을 하거나, 외부 수리를 하기 위해 우주선에서 내려 우주 유영을 할 때에도 마찬가지입니다.

우주 유영을 위해 설계된 현대의 우주복은 선외 이동 장치(EMU)라고도 하며, 다양한 생명 유지 시스템이 들어 있는 배낭이 장착되어 있습니다. 이 장치의 기능 중 하나는 우주인의 헬멧에 산소를 공급하고 이산화탄소를 걸러내는 것입니다. 또한 이 보호복은 그들이 들어가는 진공 상태에서 생명을 위협할 수 있는 힘으로부터 신체를 보호합니다.

우주인들은 EMU에 들어가기 전부터 압축 공기 캡슐 안에서 순수 산소를 몇 시간 동안 호흡하며 혼수상태에 빠질 가능성을 최소화합니다. 전직 우주인 마이크 멀레인에 따르면, 명령 모듈은 제곱인치당 14.7파운드(psi)의 대기압을 유지하는데, 이는 해수면의 지구와 거의 같지만, 우주복의 압력은 단지 5psi에 불과합니다. 우주인은 우주 유영을 하기 전에 몸에서 질소를 제거하고 혈액에 기포가 형성되는 것을 막기 위해 순수한 산소를 "미리 호흡"해야 합니다. 이는 압축 공기병의 원인입니다. 그렇지 않으면 과도한 질소 기포가 혈관을 막고 조직 손상을 일으켜 관절통, 두통, 근육 약화, 마비, 피로, 혼란 등의 증상을 초래할 수 있습니다.

우주복의 중요성은 우주복이 없을 때 어떤 일이 일어날지에서 가장 잘 드러날 것입니다. 우주인은 산소 부족으로 즉시 의식을 잃을 것이고, 진공 상태 때문에 지구 대기 조건에서 진화한 혈액과 체액이 얼고 끓고 파열될 것입니다.

우주의 조건은 호흡과 같은 단순한 행위를 복잡하고 치명적일 수 있는 도전으로 바꿔 놓습니다. 다행히도 과학이 다룰 수 없는 문제는 아닙니다.