선외활동
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1. 개요
선외활동(EVA, Extravehicular Activity)은 우주 비행사가 우주선 밖에서 수행하는 활동을 의미한다. 1960년대 아폴로 계획에서 처음 사용되었으며, 우주 비행사들이 우주선 밖으로 나가 달 표본을 수집하고 과학 실험을 수행하기 위해 개발되었다. 초기에는 미국과 소련의 서로 다른 EVA 정의로 인해 논쟁이 있었으나, 기술 발전과 함께 다양한 국가와 민간 기업에서 선외 활동이 이루어지고 있다. 선외 활동은 우주 쓰레기와의 충돌, 우주선 이탈, 우주복 손상, 감압병 등의 위험이 있으며, 이를 위해 안전 절차와 기술이 발전해왔다. 우주 유영은 우주 비행사에게 세계관과 인생관에 큰 영향을 미치는 경험으로 여겨지며, 역사적인 이정표와 기념 우표 발행 등을 통해 기념되고 있다.
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| 선외활동 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 정의 | 우주선 외부에서 우주 비행사나 우주인이 수행하는 활동 |
| 다른 명칭 | 우주 유영, 선외 활동 |
| 역사 | |
| 최초의 우주 유영 | 알렉세이 레오노프(1965년 3월 18일) |
| 최초의 미국 우주 유영 | 에드 화이트(1965년 6월 3일) |
| 유형 | |
| 스탠드업 EVA (SEVA) | 우주선에 연결된 상태에서 수행 |
| 엄빌리컬 EVA | 우주선에 생명 유지 장치와 통신을 위한 케이블로 연결된 상태에서 수행 |
| 자율 EVA | 우주선에 연결되지 않은 상태에서 수행(유인 기동 장치(MMU) 사용) |
| 목적 | |
| 우주선 수리 및 유지 보수 | 고장난 장비 수리, 부품 교체, 외부 표면 검사 등 |
| 과학 실험 | 우주 환경에서의 물질 노출 실험, 샘플 채취, 데이터 수집 등 |
| 구조물 조립 | 우주 정거장 확장, 안테나 설치, 새로운 장비 설치 등 |
| 탐사 | 달 표면 탐사, 화성 탐사 등 |
| 위험 요소 | |
| 우주 방사선 | 장기간 노출 시 암 발생 위험 증가 |
| 극심한 온도 변화 | 우주복의 온도 조절 장치 고장 시 생명에 위협 |
| 미세 운석 충돌 | 우주복 손상 및 부상 위험 |
| 산소 부족 | 우주복의 생명 유지 장치 고장 시 질식 위험 |
| 우주 미아 | 우주선과의 연결이 끊어질 경우 생존 가능성 희박 |
| 장비 | |
| 우주복 | 생명 유지, 온도 유지, 방사선 차단 기능 제공 |
| 생명 유지 장치 (PLSS) | 산소 공급, 이산화탄소 제거, 온도 조절 기능 제공 |
| 통신 장비 | 우주선 및 지상 관제소와 통신 |
| 도구 | 작업 수행에 필요한 다양한 도구 (렌치, 드라이버, 드릴 등) |
| 이동 수단 | 유인 기동 장치(MMU), 우주선 팔 (Space Shuttle's Canadarm) |
| 기타 | |
| 훈련 | 수중 훈련, 무중력 훈련 등을 통해 우주 환경 적응 |
| 참고 사항 | 우주 유영은 고도의 기술과 훈련을 필요로 하는 위험한 활동 |
2. 개발 역사
1960년대 초, 미국과 소련의 우주 개발 경쟁 속에서, 미국 항공우주국(NASA)은 아폴로 계획의 일환으로 선외 활동 기술 개발을 시작했다. 1965년 3월 18일 알렉세이 레오노프가 보스호트 2호에서 인류 최초로 우주 유영을 했고, 같은 해 6월 3일 에드워드 화이트가 제미니 4호에서 미국인 최초로 우주 유영을 했다.[2]
1971년 8월 5일, 아폴로 15호는 달에서 지구로 돌아오는 길에 우주 유영을 통해 기계선의 사진 필름을 회수했다.[38] 1984년 2월 7일, 브루스 맥캔들리스 2세는 챌린저호 (STS-41-B)에서 처음으로 생명줄 없이 MMU를 이용한 우주 유영을 했다. 같은 해 7월 25일, 스베틀라나 사비츠카야는 살류트 7호에서 여성 최초로 우주 유영을 했다.
1992년 5월 13일, STS-49에서 사상 처음으로 3명이 동시에 선외 활동을 하여 인텔샛 VI-F3를 수리했다. 1997년 11월, 도이 다카오는 우주왕복선 컬럼비아에서 일본인 최초로 우주 유영을 했다. 2001년 3월 11일, 수잔 J. 헬름스와 재니스 E. 보스는 선외 활동 최장 기록(8시간 56분)을 세웠다.
2005년 8월 3일, STS-114 비행 중 스티븐 로빈슨이 기체 수리를 위한 첫 선외 활동을 했다. 2008년 9월 27일, 자이즈강이 선저우 7호에서 중국인 최초로 우주 유영을 했다. 2013년 7월 9일, 루카 파르미타노가 국제 우주 정거장에서 이탈리아인 최초로 우주 유영을 했다.
2. 1. 초기 개념
NASA 기획자들은 1960년대 초 아폴로 계획에서 인간을 달에 착륙시키기 위해 '선외 활동'(extravehicular activity, 약어 EVA)이라는 용어를 만들었다. 소련은 유인 우주 비행 분야에서 초기에 얻은 우위를 지키기 위해 보스토크 캡슐을 보스호드 우주선으로 개조하여 미국과 경쟁했다.[2] 보스호드는 항공 전자 장비 냉각 방식으로 인해 에어록이 필요했지만, 제미니 계획은 에어록 없이 감압된 객실을 통해 선외 활동을 할 수 있었다. 이 때문에 미국과 소련은 선외 활동의 지속 시간에 대한 서로 다른 정의를 개발했다.[3]2. 2. 제미니 계획
미국 최초의 우주 유영은 1965년 6월 3일, 두 번째 유인 제미니 비행인 제미니 IV에서 에드 화이트에 의해 21분 동안 수행되었다. 화이트는 우주선에 묶여 있었고, 산소는 탯줄을 통해 공급되었으며, 이 탯줄에는 통신 및 생체 의학 장비도 함께 있었다. 그는 수동 기동 장치를 사용하여 우주에서 자신의 움직임을 제어한 최초의 인물이었으며, 이는 잘 작동했지만 20초 동안 사용할 수 있는 추진제만 가지고 있었다. 화이트는 자신의 탯줄이 우주선으로부터의 거리를 제한하는 데 유용했지만, 움직이는 데 사용하기 어렵다는 것을 알았다.[6] 그러나 캡슐의 해치 래칭 메커니즘의 결함으로 인해 해치를 열고 닫는 데 어려움이 발생하여 EVA 시작이 지연되었고 화이트와 그의 동료는 지구로 생존하여 돌아오지 못할 위험에 처했다.[8]다음 세 번의 제미니 비행에서는 EVA가 계획되지 않았다. 다음 EVA는 데이비드 스콧이 제미니 VIII에서 수행할 예정이었지만, EVA를 수행하기 전에 중요한 우주선 고장으로 인해 임무가 중단되어야 했다. 다음 세 번의 제미니 비행의 우주 비행사들 (유진 서넌, 마이클 콜린스, 리처드 고든)은 여러 차례의 EVA를 수행했지만, 피로와 과열 없이 우주선 밖에서 오랫동안 성공적으로 작업할 수 있는 사람은 없었다. 서넌은 자체 산소 시스템을 포함하는 공군 우주비행사 기동 장치를 시험하려 했지만 실패했다.
1966년 11월 13일, 에드윈 "버즈" 올드린은 마지막 제미니 임무인 제미니 XII에서 피로 없이 우주에서 성공적으로 작업한 최초의 인물이 되었다. 올드린은 우주선 밖에서 2시간 6분 동안 작업했으며, 우주선 해치에서 2회의 스탠드업 EVA를 추가로 3시간 24분 동안 수행했다. 올드린의 스쿠버 다이빙에 대한 관심은 무중력을 시뮬레이션하기 위해 중성 부력 시뮬레이션을 훈련 보조 도구로 사용하는 데 영감을 주었고, 이는 그 이후로 우주 비행사가 낭비되는 근육 에너지를 피하는 기술을 연습하는 데 사용되어 왔다.
2. 3. 스페이스X
스페이스X는 2024년 9월 12일에 최초로 민간 자금을 통해 선외 활동을 수행했다. 기업가 자레드 아이삭만과 스페이스X 엔지니어 사라 길리스는 드래곤 캡슐 밖에서 극광 새벽(Polaris Dawn) 임무 중 우주복의 기동성을 시험하기 위해 스탠드업 선외 활동(SEVA)을 했다.[11] 다른 두 명의 승무원은 캡슐 안에 머물렀다.[12] 스페이스X는 선외 활동이 포함된 임무를 최소 두 번 더 발사할 계획이다.[13]3. 주요 이정표
thumb의 끝에 발을 고정하고 선외 활동을 하는 스티븐 로빈슨]]
- 1965년 3월 18일, 구 소련의 알렉세이 레오노프가 보스호트 2호에서 인류 최초로 우주 유영을 했다. 길이 5m의 생명줄을 매달고 약 20분 동안 우주 유영을 했다.
- 1965년 6월 3일, 에드워드 화이트가 제미니 4호에서 미국인 최초로 우주 유영을 했다.
- 1971년 8월 5일, 아폴로 15호가 달에서 귀환하는 궤도상에서 우주 유영을 실시했다. 분리되는 기계선에서 사진 필름을 회수하기 위해 실시했다.[38]
- 1984년 2월 7일, 브루스 맥캔들리스 2세가 챌린저호의 STS-41-B에서 처음으로 생명줄 없이 유인 기동 장치를 사용한 우주 유영을 했다.
- 1984년 7월 25일, 구 소련의 스베틀라나 사비츠카야가 살류트 7호에서 여성 최초로 우주 유영을 했다.
- 1992년 5월 13일, STS-49에서 사상 처음으로 3명이 동시에 선외 활동을 하여 인텔샛 VI-F3를 수리하기 위해 손으로 회수했다.
- 1997년 11월, 도이 다카오가 우주왕복선 컬럼비아에서 일본인 최초로 우주 유영을 했다.
- 2001년 3월 11일, 수잔 J. 헬름스와 재니스 E. 보스가 선외 활동 최장 기록(8시간 56분)을 세웠다.
- 2005년 8월 3일, 우주왕복선 STS-114 비행 중 기체 수리를 위한 첫 선외 활동이 미국의 스티븐 로빈슨에 의해 행해졌다.
- 2008년 9월 27일, 중국의 자이즈강이 선저우 7호에서 중국인 최초로 우주 유영을 했다.
- 2013년 7월 9일, 국제 우주 정거장에서 루카 파르미타노가 이탈리아인 최초로 우주 유영을 했다.
- 2024년 9월 12일, 스페이스X사의 민간 우주 미션인 폴라리스 던이 민간 최초로 우주 유영을 했다.
3. 1. 기술적 이정표
- 1984년 2월 7일, 미국의 브루스 맥캔들리스 2세가 우주왕복선 챌린저의 STS-41-B 임무 중 유인 기동 장치를 사용하여 최초로 무선 우주 유영을 수행했다. 맥캔들리스 2세는 로버트 L. 스튜어트와 함께 5시간 55분 동안 우주 유영을 했다.[15]
- 1984년 7월 25일, 소련의 우주 비행사 스베틀라나 사비츠카야와 블라디미르 자니베코프가 살류트 7 우주 정거장 밖에서 3시간 30분 동안 선외 활동(EVA)을 하며, 특별히 설계된 다목적 도구를 사용하여 용접, 납땜, 금속 분사 등 최초로 우주에서 금속 작업을 수행했다.[16][17]
- 1992년 5월 13일, 우주왕복선 인데버의 첫 비행인 STS-49의 세 번째 EVA에서 피에르 J. 투오, 리처드 히엡, 토마스 에이커스가 작동하지 않는 인텔샛 VI-F3 위성을 손으로 잡고 수리하기 위해 최초로 3인 EVA를 수행했다.[18][19]
- 2005년 8월 3일, "귀환 비행" 임무 STS-114 중 미국의 스티븐 로빈슨이 우주왕복선의 비행 중 수리를 수행하는 최초의 EVA를 수행했다. 로빈슨은 우주왕복선 디스커버리의 열 차폐에서 튀어나온 두 개의 틈새 충전재를 제거하기 위해 파견되었으며, 국제 우주 정거장에 도킹된 상태에서 느슨한 물질을 성공적으로 제거했다.
thumb 끝에 발을 고정한 채 선외 활동을 하는 스티븐 로빈슨 비행사]]
- 2024년 12월 17일, 차이쉬저와 쑹링둥이 9시간 동안 EVA를 수행하여 현재까지 가장 긴 EVA 기록을 세웠다.[20] 이전 기록은 2001년 3월 11일, 미국의 우주 비행사 제임스 S. 보스와 수잔 헬름스가 우주왕복선 디스커버리 밖에서 8시간 56분 동안 EVA를 수행한 것이다.[21]
3. 2. 개인 누적 기록
| 순위 | 국가 | 이름 | 횟수 | 누적 시간 | 비고 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 아나톨리 솔로비예프 | 16회 | 82시간 22분 | 최다 기록[1] | |
| 2 | 마이클 로페즈-알레그리아 | 10회 | 67시간 40분 | 미국 기록[2] | |
| 3 | 토마 페스케 | 6회 | 39시간 54분 | 유럽 기록[3] | |
| 4 | 페기 윗슨 | 10회 | 60시간 21분 | 여성 최다 기록[4] |
3. 3. 국가, 민족, 성별 최초 기록
| 날짜 | 국가/민족/성별 | 최초 기록 | 인물 | 비고 |
|---|---|---|---|---|
| 1984년 7월 25일 | 소련 | 최초의 여성 EVA | 스베틀라나 사비츠카야 | 살류트 7 |
| 1984년 10월 11일 | 미국 | 최초의 미국 여성 EVA | 캐서린 D. 설리번 | STS-41-G |
| 1988년 12월 9일 | 프랑스 | 최초의 비(非) 소련, 비(非) 미국인 EVA | 장루 크레티앵 | 미르 |
| 1995년 2월 9일 | 흑인계 미국인 | 최초의 흑인계 미국인 EVA | 버나드 A. 해리스 주니어 | STS-63 |
| 1997년 11월 25일 | 일본 | 최초의 일본인 EVA | 도이 다카오 | STS-87 |
| 1999년 12월 23일 | 스위스 | 최초의 스위스 EVA | 클로드 니콜리에 | STS-103 |
| 2001년 3월 13일 | 호주 | 최초의 호주 출생 인물 EVA | 앤디 토마스 | |
| 2001년 4월 22일 | 캐나다 | 최초의 캐나다 EVA | 크리스 해드필드 | STS-100, 캐나다암2 설치 |
| 2006년 12월 12일 | 스웨덴 | 최초의 스웨덴 EVA | 크리스테르 푸글레상 | |
| 2008년 9월 27일 | 중국 | 최초의 중국 EVA | 자이즈강 | 선저우 7 미션, 페이톈 우주복 사용 |
| 2013년 7월 9일 | 이탈리아 | 최초의 이탈리아 EVA | 루카 파르미타노 | 국제 우주 정거장 원정 36 |
| 2016년 1월 15일 | 영국 | 최초의 영국 EVA | 팀 피크 | |
| 2019년 10월 18일 | 여성 | 최초의 두 여성 동시 EVA 및 여성만으로 구성된 EVA 팀 | 크리스티나 코흐, 제시카 메이어 | 국제 우주 정거장 원정 61 |
| 2021년 11월 8일 | 아시아 여성 및 중국 여성 | 최초의 아시아 여성 및 중국 여성 EVA | 왕야핑 | 톈궁 우주 정거장 |
| 2023년 1월 20일 | 아메리카 원주민 여성 | 최초의 아메리카 원주민 여성 우주 유영 | 니콜 아우나푸 만 | 국제 우주 정거장 원정 68 |
| 2023년 4월 28일 | 아랍 | 최초의 아랍 EVA | 술탄 알 네야디 |
4. 위험성 및 안전 절차
선외 활동에는 여러 위험이 따르며, 이를 예방하기 위한 안전 절차가 필요하다.
우주선에서 실수로 멀어지는 것을 방지하기 위해 NASA는 자력 구조용 추진 장치(SAFER)를 사용한다. 우주복에 구멍이 생겨 무산소증 및 감압으로 사망에 이르는 위험을 막기 위해, NASA의 EMU 우주복에는 예비 산소 팩이 있어 작은 구멍이 생긴 경우에도 30분간 산소 공급이 가능하다.
국제 우주 정거장에서는 감압병 위험을 줄이기 위해 '캠프아웃' 절차를 사용하기도 한다.
4. 1. 위험성
우주 쓰레기와의 충돌 위험이 있다. 우주왕복선 등의 선외 활동에서 전형적인 지구 고도 300km에서의 궤도 속도는 7.7km/s이다. 이는 일반적인 탄환 속도의 약 10배이다. 따라서 탄환의 100분의 1 정도의 질량의 물체, 예를 들어 페인트 조각이 탄환과 같은 운동 에너지를 갖게 된다. 모든 우주 공간에서의 활동으로 인해 이러한 종류의 파편이 발생할 수 있으므로 파편이 충돌하여 더욱 파편을 낳는 케슬러 신드롬과 같은 문제가 우려된다.다른 문제로는 우주선에서 실수로 멀어지는 것이나, 우주복에 구멍이 생길 가능성, 감압병 발생 등이 있을 수 있다. 이 문제와 관련하여 NASA는 자력 구조용 추진 장치(SAFER) 장비로 대처한다. 우주복에 구멍이 생긴 경우에는 신속하게 에어록으로 대피하지 못하면, 무산소증과 감압으로 인해 사망에 이를 위험이 있다(NASA의 EMU 우주복의 경우, 작은 구멍이 생긴 경우에도 예비 산소 팩으로 30분간의 산소 공급이 가능하다).
레오노프가 최초의 선외 활동에 사용한 베르쿠트 우주복은 내부의 기압이 너무 높아져서 옷 전체가 팽창하여 세밀한 작업을 할 수 없게 되었고, 에어록을 통해 선내로 돌아갈 수 없게 되었기 때문에, 감압 밸브를 열어 공기를 빼내어 간신히 무사할 수 있었다.
4. 2. 캠프아웃 절차
국제 우주 정거장에서의 선외 활동을 위해, NASA는 감압병 위험을 줄이기 위해 '''캠프아웃''' 절차를 사용했다.[33] 이 절차는 제12차 원정대 승무원에 의해 처음 시험되었다. 캠프아웃 동안 우주 비행사들은 선외 활동 전에 에어록에서 하룻밤을 자며, 정상적인 정거장 압력인 14.7psi에 비해 기압을 10.2psi로 낮춘다.[33] 낮은 기압에서 하룻밤을 보내는 것은 몸에서 질소를 배출하는 데 도움이 되며, 이로써 "잠함병"을 예방한다.[34][35] 최근에는 우주 비행사들이 감압병을 예방하기 위해 캠프아웃 대신 인-슈트 가벼운 운동 프로토콜을 사용하고 있다.[36][37]5. 인간 내면에 미치는 영향
우주 비행사의 체험은 세계관, 인생관, 종교관 등 인간 내면에 큰 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 특히 우주 공간을 직접 체감하는 선외 활동(우주 유영)은 우주선이나 우주 정거장과 같은 환경 내에서의 활동과는 질적으로 다른 경험이라고 한다. 달 착륙과 우주 유영을 모두 경험한 진 서넌은 "우주선 안에 갇혀 있는 것과 해치를 열고 밖으로 나가는 것은 완전히 다르다. 우주선 밖으로 나갔을 때 비로소 눈앞에 전 우주가 있다는 것을 실감하게 된다. 우주라는 무한한 공간 한가운데에 자신이 던져져 있다는 느낌이다. 지구 궤도를 벗어나 달로 향하거나, 달 위를 걷는 것 등은 그다지 대단한 일이 아니라고 할 정도로 큰 차이다"라고 말했다.[39]
도이 다카오는 일본인 우주 비행사로서는 처음으로 선외 활동을 한 인물이다. 그는 우주가 자신들을 부르는 듯한 "말로 표현할 수 없는 느낌"을 받았다고 한다. 그는 이 감각을 아프리카의 숲에 살던 인류의 조상이 사바나 초원으로 나와 활동 범위를 넓혀 갔듯이, 인류가 지구를 넘어 달이나 화성을 포함한 우주로 활동 영역과 사고를 넓혀가는 과정에서 느끼는 기쁨과 외경이 뒤섞인 복합적인 감정이라고 해석했다. 노구치 소이치는 선외 활동을 여러 차례 수행한 우주 비행사이다. 그는 우주선 안에서 보는 우주는 신칸센 안에서 보는 바깥 풍경과 같지만, 선외 활동 시 "촉감으로 느끼는" 우주는 압도적으로 다르다고 말한다. 특히 지구에 대해 "문득 눈앞에 있는 지구가 하나의 생명체로서, 자신과 같은 생명체로서 우주에 존재하며, 일대일 소통이 존재하는 듯한 기분이 들었다"라고 묘사하며, 태양광 반사라는 물리 현상만으로는 설명할 수 없는 생명의 "빛"을 느꼈다고 한다.[40]
6. 기념
소련은 1965년에 알렉세이 레오노프의 최초 우주 유영을 기념하는 우표를 발행했다. 당시 소련은 보스호드 2호의 세부 사항을 공개하지 않았기 때문에 우표에 묘사된 우주선은 실제와 달랐다.[30]
미국 우체국은 1967년에 에드 화이트의 미국 최초 우주 유영을 기념하는 우표를 발행했다. 이 우표에는 제미니 4호 우주선과 에드 화이트의 우주복이 정확하게 묘사되어 있다.[30]
 | |
 1967년 미국 기념 우표 |
7. 용어
NASA의 우주 유영자는 EV-1, EV-2, EV-3, EV-4 등으로 지정되었다(해당하는 경우 각 임무의 임무 전문가에게 할당).[1]
참조
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