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* 2008년 한국 최초 우주인 탄생한다


1월 30일 과학기술부는 노 대통령에게 한국 최초의 우주비행사를 선발한다는 계획을 보고했다. 대통령은 “선심행정이 되지 않도록 과학계의 의견을 수렴해서 추진하라”고 언급했다. 이에 따라 민간이 주도하고 정부가 지원하는 방식이 될 가능성이 크다. 우리나라는 1996년부터 국제 협력을 통해 우주인 양성을 준비해 왔다.

2007년까지 선발 절차를 마치고 국제우주정거장에서 수행할 임무를 정할 예정이다. 한국 우주인을 태울 우주선은 러시아의 ‘소유즈’가 유력하다. 그러나 경제도 어려운데 왜 비싼 돈을 들여서까지 우주인을 보내느냐는 반대 여론도 없지 않다.

그렇다면 최초 우주인은 어떤 과정을 거쳐 선발될지, 우주에 한국인이 진출해야 할 이유는 무엇인지 살펴보자.





첫 한국 우주인은 우주에서 뭘 하나?
정거장 주거시설 건설과 과학 임무 수행

현재 국제우주정거장(ISS)은 40% 정도 건설된 상태로 향후 2010년까지 건설이 지속될 예정이다. 우주인은 로봇팔을 이용하거나, 직접 우주공간으로 나가 건설작업을 한다. 이런 우주유영은 우주방사선을 직접 맞아야 하고 임무와 안전수칙 준수에 극도로 신경을 써야 하는 무척 힘든 작업이다. 1회 우주유영에 몇kg씩 체중이 줄어들 정도다. 국제우주정거장에서는 현재까지 50시간, 완성까지는 1백10시간의 우주유영이 추가로 필요하다. 이 외에도 우주인은 우주선을 주기적으로 점검하고 고장난 부분을 수리하는 유지, 관리 임무도 수행한다. 이는 통상 우주인 활동의 30% 정도를 차지한다. 현재 2명으론 우주정거장에 상주하고 있는 우주선의 ㅇ지, 관리 외에는 아무런 일도 할 수 없는 상황이라고 한다.

우주선 내부에서는 우주환경 하에서 과학 임무를 수행한다. 근골격을 유지시키고 방사선으로부터 인체를 보호하는 약물이나 보호장비를 연구하는 일이 무엇보다 시급한 과제다. 이런 문제가 해결되지 않으면 향후 달기지 건설과 유인화성탐사는 어려울 것이다. 우리나라도 국제우주정거장에서의 임루를 정할 때 이런 분야를 택하는 것이 유리하다. 또한 고성능 반도체 개발도 가능하다. 최초 한국 우주인으로 선발되면 이와 같은 과학 임무를 띠고 우주공간으로 진출하게 될 것이다.





한국은 국제우주정거장의 주거시설 중 일부를 제작할 계획이다. 한국이 개발을 준비하고 있는 주거장비는 승무원 정거장이라고 불리는 우주선 안의 우주선. 승무원이 국제우주정거장 체류 시간의 1/3이상을 보내며 수면과 컴퓨터 작업, 음악과 영화감상 같은 개인 활동을 하는 공간이다. 이 장비는 밖의 소음을 1/10(10db) 이하로 줄이고 외부 우주방사선을 25% 감쇄시켜준다. 내부 공기를 순환시켜 일산화탄소가 축적되지 않게 하는 기본적인 장치도 설치될 것이다. 우주저울 연구와 우주탁자 개발도 검토 중이다.

아직은 이와 관련된 아이디어를 탐색하는 단계다. 한국 우주인은 국제 우주정거장에서 우리나라가 개발할 장비에 대한 실험을 하게 될 수도 있다. 간단한 임무는 학생들의 아이디어를 공모해 채택할 계획도 있다. 이렇게 획득한 유인우주기술을 바탕으로 2030년 우주공장모듈과 2040년 우주항공기 개발도 국제공동으로 추진할 수 있을 것으로 기대하고 있다.






누가 한국 최초 우주인 될까?
키 1백49cm 이상의 과학 만물박사여야

국제우주정거장의 사령관은 임무수행은 물론 승무원의 안전을 책임지고, 조종사는 사령관을 도와 국제우주정거장을 조정하고 운영한다. 비행 엔지니어(임무 전문가)는 승무원의 활동, 소모품 사용 계획을 조정한다. 우주정거장 과학자(탑재체 전문가)는 여러가지 실험과 탑재체 운영을 책임지며, 방문 과학자와 상업상 관계자들은 특정 탑재체의 전문가로서 각자 맡은 임무를 수행한다.

우리나라는 이 중 우주정거장 과학자를 우선 양성하는 것이 목표다. 서너번의 우주비행을 경험한 다음 적성에 맞으면 비행 엔지니어로 승급하게 된다. 드디어 진정한 우주인이자 인류 전체의 귀중한 재원이 되는 것이다.

우주인의 요구조건은 한마디로 ‘건강한 신체와 정신, 전문성과 과학상식, 그리고 팀웍 정신’이다. 우주인 선정과정은 약 1년에 걸쳐 4단계로 이뤄진다. 우선 서류전형에서 후보자의 가정과 사회적 배경, 지원동기 등을 심사하고, 기본적인 신체검사와 영어 필기시험을 실시한다. 이 과정에서 지원자의 4분의 1 정도만이 합격한다. 비행 엔지니어의 경우에는 이공계 전공자로서 최소 학사학위 이상의 학력이 있어야 한다.





2단계에서는 우선 하루 동안 신체와 정신검사를 한다. 그 다음 수학, 물리학, 화학, 생물학과 기타 과목에 대한 필기시험을 통해 우주인이 반드시 갖춰야 할 전반적인 과학상식을 테스트 받는다. 이때도 역시 1단계 합격자의 4분의 1이 합격한다.

3단계에서는 정밀 신체·정신검사가 4-5일에 걸쳐 이뤄진다. 그 후에는 각오나 희망사항을 묻는 면접과 영어회화 인터뷰가 기다리고 있다. 여기서는 15%만이 통과한다.

드디어 마지막 단계. 3단계에서 엄선된 후보들은 실제 우주비행 중에 직면할 수 있는 상황에서 신체나 정신이 얼마나 적절히 대응하는가를 검증받는다. 아울러 최종 인터뷰에서 우주인으로서의 자질을 평가받는다. 대인관계나 상황인식, 도덕성과 대화능력도 중요한 평가 항목이다.

마지막 관문을 통과한 우주인 후보자는 3명으로 예상된다. 일본은 우주인 선발 경쟁률이 3백대 1, 영국은 6천5백대 1에 달했다. 우리나라에서는 과학자를 중심으로 선발될 예정이며, 2명은 최종단계까지 훈련을 같이 받다가 그 중 1명은 예비후보가 될 것이다. 비행을 할 우주인 이외에 나머지는 지상 관제소에서 우주인의 비행 중 모든 활동 상황을 모니터링하는 임무를 수행한다.

수천명의 지원자들 중 상당수는 신체조건보다는 오히려 면접에서 더 많이 탈락한다고 한다. 우주비행사는 충실한 팀원이 돼야 하고 고도로 훈련된 만물박사여야 하지만 지나친 개성이나 자존심, 자만은 금물이기 때문이다.





이렇게 선발된 우주인 후보들은 비행 엔지니어의 경우 일반적으로 4년 동안 훈련을 받는다. 먼저 1년 반 동안은 우주인으로서의 기본적인 소양과 지식을 습득하는 기초훈련을 받는다. 기초적인 우주과학 관련 지식(전자공학, 로켓구조, 기초과학, 유도·항법, 재료처리 등), 오지에서의 생존 능력, 수영과 스쿠버, 비행 훈련, 사진촬영법 등의 기초훈련을 마치면 우주비행사 자격증이 수여된다. 그후 고급훈련에 1년, 추가 특별훈련에 1년 반이 걸린다. 이를 모두 마치면 실제 비행에 나선다.

선발부터 훈련까지 총 5년이 걸리는데, 선발 기간과 추가 특별훈련 기간을 조정하면 4년 정도로 단축할 수도 있다. 우주정거장 과학자인 경우 최소 2년 훈련으로도 탑승할 수 있다.







왜 우주인 양성이 필요한가?
우주에서는 물과 기름도 섞여 완벽한 혼합 가능

유인우주기술은 한 국가의 산업과 안보 능력을 단적으로 보여주는 국력의 바로미터다. 유인우주기술의 가장 핵심 분야가 바로 우주인 양성이다. 중국도 달 탐사 ‘항아’ 계획을 추진 중이고, 일본 이에 질세라 유인우주선 ‘후지’ 개발을 추진한다고 발표했다. 미국에서는 고도 1백km까지 승무원 3명을 태우고 2주안에 2회 왕복 비행을 하면 1천만달러 상금을 받는 엑스-프라이즈 대회도 개최한다.

우주는 무중력과 초진공, 초저잡음의 공간으로 IT, BT 그리고 NT 연구의 최적 환경이다. 우주에서는 비중의 차이가 없기 때문에 밀도 차이가 큰 재료를 합성할 수 있다. 지상에서는 절대 섞일 수 없는 물과 기름, 납과 알루미늄의 완벽한 혼합이 가능해지는 것이다.

지난해 1월 우주왕복선 컬럼비아호의 연구실에서 포즈를 취하고 있는 이스라엘 우주기구의 탑재체 전문가 일란 라몬.

비중 차이가 없으면 대류현상도 없다. 따라서 불순물이 이동하지 못하기 때문에 재료의 순도가 획기적으로 높아져 성능이 지금보다 1백배 이상인 반도체도 생산할 수 있다. 촛불도 길쭉하지 않고 동그란 모양이 되며 공기가 유입되지 않아 금방 스스로 꺼진다. 이런 현상을 바탕으로 연소 연구를 하면 자동차나 보일러 엔진의 연료효율을 높일 수 있는 단서를 얻을 것으로 기대된다.

뿐만 아니라 단백질 결정을 쉽게 얻을 수 있고, 전기영동에 의해 좀더 효율적으로 DNA를 분리할 수 있어 게놈프로젝트 발전에도 기여할 수 있다. 우주공간에서 만들어진 지름 20-30㎛의 백혈구 크기만한 라텍스 구슬은 암 조직으로 약품과 방사선을 실어나를 수 있어 항암치료에 사용될 예정이다. 또 무중력과 우주방사선의 영향이 복합돼 일어나는 돌연변이 연구는 생명체의 진화나 암연구에 대한 단서도 제공할 것이다.

그러나 우주실험에 유리한 점만 있는 것은 아니다. 가장 골치 아픈 훼방꾼은 액체 속의 공기방울. 지상에서는 비중 차이로 인해 액체 속 공기방울이 수면 위로 올라와 없어지지만 무중력 하에서 공기방울은 요지부동이다. 그래서 이를 해결하기 위해 정전기나 초음파를 이용해 공기방울을 수면까지 움직여 제거하는 방법이 연구되고 있다.





최근 관광과 광고 분야에서 흥미있는 우주산업 아이디어가 떠오르고 있다. 피자헛은 러시아 우주선 발사 로켓에 자사 로고를 붙이고 우주인에게 피자를 한판 배달하는 댓가로 2백만달러를 지불했다. 포카리스웨트도 우주선 안에서 광고 촬영을 했다고 알려졌다. 우리나라의 김치나 인삼도 브랜드의 세계화를 위해 과감히 투자해봄직 하지 않을까.

미국의 백만장자 티토와 남아프리카공화국의 젊은 부호 셔틀워스는 우주비행을 경험하기 위해 자그마치 2천만달러를 지불했다고 한다. 뿐만 아니라 영화 ‘타이타닉’의 메가폰을 잡은 미국 감독 제임스 카메론은 최근 우주선에서의 영화 촬영을 계획 중이라고 한다.






우주에 가면 몸에 어떤 변화가 올까?
얼굴 붓고 멀미 생겨

우주공간은 무중력(정확히는 지상 중력의 10만분의 1-1백만분의 1 정도의 미세 중력) 상태다. 이런 환경에서는 뼈에서 칼슘이 빠져나간다. 골다공증과 같은 증상인 셈이다. 사람의 뼈속에는 뼈를 만드는 조골세포와 오래된 뼈를 먹어치우는 식골세포가 있다. 지상에서 이 두세포의 활동은 균형을 이루지만, 무중력 하에서는 식골세포의 활동이 더 왕성해진다. 이로 인해 1개월에 1-1.5% 정도 골밀도가 감소하는 것으로 알려져 있다. 3년이 걸리는 유인화성탐사에서 우주인이 돌아오면 뼈의 30-50%가 없어지는 것이다. 뼈에서 칼슘이 빠지면 신장에 돌처럼 단단한 결석이 발생하기도 한다.

현재까지는 뼈와 근육의 약화를 방지하기 위한 방법으로 운동과 약물요법이 있다. 우주에 체류 중인 우주인들은 하루 2시간 운동을 하도록 규정돼 있으나, 바쁜 일과로 자주 거르게 된다. 그래서 최근 이를 대체할 아이디어가 많이 나오고 있다. 그 중 하나가 진동하는 의자에 일정 시간 동안 앉아 있는 것. 하루 1시간 약한 고주파 진동을 가해주면 이 진동이 뼈와 근육에 인공적인 중력가속도를 주기 때문에 골다공증을 예방할 수 있다고 한다.

또다른 위험요소는 우주방사선. 간혹 우주방사선의 고에너지 이온들이 우주선 벽을 통과해 피부세포의 DNA를 끊고 면역체계에 관련된 T세포를 파괴한다. 실제 우주방사선의 방사능 총량은 지상에서 돌연변이를 일으킬 수 있는 양의 2백50분의 1에 불과하지만, 무중력 환경에서 망가진 DNA와 T세포는 복구가 잘 되지 않을 수 있다. 이렇게 되면 피부암에 걸리거나 면역체계가 약화될 수 있다.





또한 무중력 공간에서는 신체 균형감각에 교란이 발생한다. 전체 승무원의 75% 정도가 이를 경험하며 멀미, 식욕상실, 구토를 일으킨다. 생명에는 큰 지장이 없지만 신참 우주비행사에게는 견디기 힘든 어려움일 수도 있다. 간혹 우주인의 얼굴이 붓는 현상은 혈액이 머리로 몰리기 때문이다. 게다가 우주비행 후에는 균형감각과 3차원 공간감각의 이상이 생긴다. 뿐만 아니라 우주인들은 가족과의 접촉 부재로 인한 정신적 변화, 우주선의 지구궤도 선회로 인한 24시간 주기 생체리듬의 혼란, 즉 시차 문제도 겪을 수 있다. 따라서 우주인이 이런 변화에 피해를 입지 않도록 하는 연구가 활발히 진행중이다.







우주선 안에서는 어떻게 생활할까?
고양이세수 해야 하고 술 못마셔

지상에서는 중력에 의해 발과 손의 접촉면이 마찰을 발생시켜 반작용에 견디기 때문에 자신의 의지대로 몸을 쉽게 고정할 수 있다. 그러나 우주에서는 무게가 없으므로 마찰이 없어져 모든 행동에 반작용이 따르게 된다. 예를 들어 손으로 벽에 힘을 주는 순간 우리 몸은 벽 반대편으로 움직이고, 무엇을 잡지 않는 한 멈출 방법이 없다. 따라서 무슨 행동을 하든지 반드시 한 손은 뭔가를 잡아 몸을 고정시켜야 하는 불편함이 있다.

그러나 지상에서보다 편리한 점도 있다. 예를 들어 우주선에서는 의자가 필요 없다. 책상만 있고 발만 고정시키면 몸은 어떤 자세라도 편안하게 유지할 수 있다. 특히 잠을 잘때도 매우 편안하다. 자는 동안 몸이 둥둥 떠다니지 않게 고정돼 있어야 함은 물론이다.


우주인들은 우주선 벽에 몸을 묶은 채로 잠을 청한다. 그래도 몸은 편안하다고.

우주선 내부에는 큰 먼지, 곰팡이, 물방울, 작은 물건들이 떠다닌다. 때문에 우주인은 호흡기에 물리적인 상처를 입거나 감염될 수 있고, 물방울과 물건 조각이 기계에 고장을 일으킬 수 있어 위험하다. 실제로 아폴로우주선이나 몇몇 우주왕복선에서 물방울 때문에 기계가 고장난 적도 있었고 가위를 분실해 찾느라고 소동이 벌어진 적도 있었다고 한다. 책상정리를 잘 못하는 사람은 우주인으로 자격이 부족할지도 모르겠다.

물방울이 뭉쳐 떠다니기 때문에 샤워도 할 수 없다. 때문에 물을 수건에 적셔서 몸을 닦을 수밖에 없다. 화장실에서 용변을 보는 것은 더욱 큰 문제다. 용변이 나오는 순간 진공흡수기의 스위치를 눌러 빨아들여야 하는데, 초보 우주인은 이 타이밍을 잡기가 여간 힘든 것이 아니다. 타이밍을 놓쳐서 공간에 둥둥 떠다니는 용변을 상상해 보라! 우주인 사이에는 용변을 불편 없이 처리하게 되면 우주에 완전히 적응한 것이라는 농담이 있다고 한다. 이를 닦기도 쉽지 않다. 양치질한 물을 용변처럼 진공흡수기로 흡수하거나 그냥 삼키기도 한다. 면도 후에는 수건으로 깨끗하게 닦아야 하며, 절대로 털 조각이 떠다니지 않도록 해야 한다.

우주선 내부는 큰길가에 서있는 것처럼 시끄럽다. 우주선 외부가 진공이기 때문에 소리를 밖으로 전파시킬 매질이 없어 각종 기기가 내는 소음이 우주선 내부에서 맴돌기 때문이다. 옆에서 친구가 떠들어도, 텔레비전을 켜놓고도 묵묵히 자기 일을 잘 하는 사람은 우주인으로서의 자질을 갖고 있는 셈이다.





식사는 어떻게 해결할까. 과거 초기 우주인들은 튜브 형태의 음식을 먹었는데, 이같은 식사는 우주인들에게 불평의 대상이었다. 장기체류시 먹는 즐거움이 없어져 일종의 스트레스로도 나타난다고 한다. 따라서 우주왕복선과 국제우주정거장에서는 수분만을 뺀 모양 그대로의 음식을 준비해뒀다가 식사 직전 수분을 첨가시켜 먹는다. 일부 우주인들은 자기가 좋아하는 음식을 개인적으로 구입해 가기도 한다.

한국 우주인도 어머니가 싸주시는 음식이나 우주비행 전 동네 슈퍼에서 구입한 음식을 잔뜩 가져갈 수 있으니 그 점은 다행인 듯 싶다. 단 진공포장이 돼야 한다. 아니면 조금 비싸긴 하지만 개인적으로 진공포장 장비를 구입할 수도 있다. 그런데 맥주나 콜라처럼 거품이 일어나는 음식은 먹을 수 없다. 무중력 상태에서 거품이 계속 커지다가 터지면 작은 물방울이 돼 문제를 일으킬 수 있기 때문이다.

올해 1월 14일 부시 대통령의 발표문에는 우주인의 장기체류에 대한 연구가 언급됐다. 우주에서 오랜 기간 체류하려면 식량문제 해결이 급선무다. 그러려면 우주에서 동식물을 길러 섭취하는 것이 이상적이다. 따라서 우주환경에서 사육과 재배가 용이한 동식물을 가려내고 그 방법을 연구해야 한다. 식물보다 동물들의 사육과 배란, 부화가 더 어렵다고 한다.





최기혁 박사는 1985년 KAIST 기계공학과에서 석사학위를 받은 후 한국기계연구원에 들어갔다. 1989년부터는 한국항공우주연구원에서 연구해오고 있다. 1996년 영국 런던대에서 고층대기 박사학위를 받았다. 현재 우리나라의 국제우주정거장 참여 사업의 실무책임자로, 고층대기, 미세 중력 활용, 유인우주비행에 관심을 갖고 있다.




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