국제우주정거장의 구성

 

국제우주정거장의 구성

 

                                            [ISS Missions] 
 

 

Project Alpha : 미국항공우주국(NASA)을 중심으로 세계 16개국이 공동으로 참여하는 국제우주정거장 건설 계획.

 

원래는 1984년 미국이 10년 안에 국제우주정거장(ISS: International Space Station)을 건설한다는 계획을 세우면서 구상되었다. 당시의 프로젝트 이름은 프리덤(Freedom)으로, 미국을 중심으로 프랑스·캐나다 등이 참여할 예정이었다. 그러나 우주정거장을 세우는 데 들어가는 자금이 수백조 원에 달해 프리덤 계획은 취소되고, 1993년부터 유럽우주기구(ESA) 산하 11개국, 캐나다·일본·러시아 등 모두 16개국이 참여하는 지금의 알파계획으로 바뀌었다.

이 계획은 지구 상공 350㎞ 지점에 길이 108.4m, 태양전지를 편 날개 길이 88m,

높이 74m, 무게 420t에 달하는 우주정거장을 건설하는 계획이다.

참가국은 미국·러시아·네덜란드·노르웨이·덴마크·독일·벨기에·스웨덴·스위스·에스파냐·영국·이탈리아·프랑스·일본·캐나다·브라질 16개국이다. 총 지휘는 미국항공우주국이 맡는다. 소요 경비는 모두 1700억 달러(222조원)이며, 이 가운데 미국이 1660억 달러를 분담한다.

실내 공간 규모는 보잉 747-400 실내의 2배 정도이다. 필요한 모듈은 총 43개이다. 모듈은 국제우주정거장을 우주공간에서 쉽게 조립할 수 있도록 지상에서 미리 조립해 만든 시설을 말한다. 모듈은 참여국이 분담해 제작하는데, 이 가운데 거주 공간 모듈은 미국·러시아 등이, 실험 공간 모듈은 미국·러시아·일본 등이 맡는다. 거주 공간 모듈에는 장기체류를 위한 냉장시설·샤워실·수면실·화장실 등 편의시설도 갖추어져 있다.

모듈은 우주왕복선으로 쏘아 올려지며, 모두 45회의 우주비행을 통해 차례로 지구 궤도에 올려 진다. 첫 모듈은 1998년 11월 20일 우주공간에 올려졌다. 이름은 자르야(Zarya)로, 건설비용만 2억 3800만 달러가 들었다. 이어 같은 해 12월 두 번째 모듈 유니티(Unity)가 우주왕복선 엔데버호를 통해 올려 져 자르야와 연결되었다. 2000년에는 우주정거장의 사령탑 구실을 하는 세 번째 모듈 즈베즈다(Zvezda)가 발사되었고, 2005년 현재 2~3명의 승무원들이 이곳에 머물면서 운용 및 실험을 하고 있다.

사업 종료 시점은 2010년이다. 완공 후에는 최대 7명이 장기간 머물면서 우주 및 지구 관측, 물리·재료과학·의학·생물학 실험 및 연구, 장기 우주 체류가 인체에 미치는 영향, 우주과학 및 지구과학 연구 등 다양한 연구와 실험 임무를 수행한다.  

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(1) A Module Named "Destiny" : the U.S Laboratory Module

 

 

 

 

 

미국의 연구실, Destiny라 이름 붙여진 모듈은 많은 중요한 연구들이 행해질 곳이다.

몇 개의 외형을 보면Destiny내부 구조는 24개의 설비에 필요한 선반들의 자원 요구에 맞추어져 있다.

그중 13개는 ISPR의 연구를 위한 것이고 나머지는 ISS를 조정하는 기능 등에 사용된다.

Destiny는 스테이션에 장착된 최초의 연구모듈이 될 것이고 가장 앞선 연구 프로젝트를 수행할 것이다.

Destiny의 ISS의 비행동안 대부분을 지구를 향한 한쪽은 매우 높은 광학적 성능을 가진 원형창을 포함하고 있다. 이 창의 모듈 안쪽은 Window Observational Research

Facility(WORF)가 거주할 선반의 아래쪽에 위치할 것이다.

(2) U.S Centrifuge Accommodation Module (CAM)

 

 

 

 

 

 

 

CAM은 미국에 의해 건설되었고 국제 중력생물연구기구와 협력하고 있다.

이것은 2.5m의 지름의 원심분리기를 가지고 있는데 이것은 중력생물학에 할당된 연구설비중 매우 핵심적인 것이다.

이 설비는 Life Science Glovebox와 두 개의 Habitat Holling Rack과 Cryo-Freezer를 포함한다. 게다가 9개의 위치가 쌓는 기능의 선반을 제공한다. 하나는 중력생물학 연구를 위한 시스템선반으로 제공되고 나머지 8개는 모듈사용자를 위해 임무와 임무중간의 기본적으로 요구되는 적재물을 쌓는 공간으로 놓여진다.

(3) U.S Intergrated Truss Attachments

 

 

 

 

오른쪽에 payload가 장착될 수 있는 ISS의 트러스의 한쪽에 4개의 위치가 주어져 있다.

일반적으로 이 장착위치는 그림에 있다. 아래쪽, 지구방향으로 트러스의 한쪽에 2개의 장착위치가 주어지고 두 개는 반대의 천정쪽에 있다. 장착위치는 유용장치와 연결장치를 만나게 하기 위한 것뿐 아니라 새개의 안내장치와 payload의 안전을 위한 잡는 걸쇠가 사용된다.

그림에 두 개의 천정 장착위치에 하나의 트러스면과 큰 크기의 payload가 묘사되어 있다.

다음에 작은 규격화된 EXPRESS(EXpridite the PRocessing of Expriement to Space

Station)가 여러개의 payload를 운반하고 있다.

(4) Japanese Experiment Module (JEM)

 

 

 

 

 

 

 

일본실험모듈(Japanese Experiment)은 Kibo라는 이름으로 또한 알려져 있다.

JEM은 ISS의 한 부분으로서 일본의 NASDA에서 연구지원과 지구궤도에서의 실험을 위해서 추진했다. 그림에서 보듯이 JEM은 몇 개의 주된 시스템이 모여 궤도를 돌고 있다.

JEM-PM(JEM Pressurized Module)은 우주에서의 의학, 생명과학, 재료공학, 생명공학 등의 연구를 위한 실험공간이다.

또한 JEM-PM은 외부의 진공으로부터 설비를 들여올 때 설험실 전체를 다시 기압정상화 시키지 않고도 airlock chamber를 통하여 들여올 수 있는 기능을 가지고 있다.

JEM-PM은 연구 payload를 위해 10개의 ISPR을 제공한다. 그 중 5개는 NASA-NASDA의 자원분배협약에 따라서 나사에게 분배되어 있다.

JEM Exposed Facility(JEM-EF)은 우주환경에 노출된 pallet구조이며 통신, 우주과학, 공학, 재료공학, 지구관측 같은 실험연구를 지원하기 위한 목적으로 세워진 것이다.

전체 10개의 payload 위치가 제공되며 역시 자원분배협약에 따라서 4개의 위치가 나사에 제공된다.

또한 JEM-PM과 JEM-EF는 기압정상화 된 저장 공간과 연구제공물들을 쌓기 위한 이동모듈, 여분의 하드웨어와 안쪽의 사용자 payload를 제공하기 위한 Experiment Logistics

 Module-Pressured Section(ELM-PS)를 가지고 있다.

또한 un-pressurized Experiment Logistics Module-Exposed Section(ELM-ES)가 있다. 이는 여분의 외부의 기계장치와 사용자 payload를 저장하거나 운반하는 기능을 제공한다.

(5) Columbus Module

 

 

 

 

 

 

Columbus Module은 ESA에 의해 ISS에 세워진다. 이것의 내부구조는 연구 payload를 위해 총 10개의 ISPR을 제공하며 NASA-ESA 협약에 따라서 그 중 5개가 나사에 제공된다.

비용절감을 위하여 Columbus Module의 기본적 설계는 다목적 전략 모듈(Multi-purpose Logistics Module:MPLM)이고 수송모듈은 이탈리아 항공우주국인 Agenzia Spaziale

Italiana(ASI)에 의해 ISS 프로그램에 제공된다.

Columbus Module는 재료과학, 유체과학, 생명과학, 기술과학 등의 ESA에서 결정한 일반적인 목적의 실험실로 설계되었다.

Columbus 프로그램의 미세중력 기구의 한 부분으로서 ESA는 재료공학, 생물학, 심리학, 유체과학의 학문이 연구될 다섯 개의 다중사용자 실험실을 제작하고 있으며 유럽의 과학자들에게 제공될 것이다.

이런 기구들은 명목상으로는 ESA의 Columbus Module에 속해 있지만 특히 미국 같은 다른 국제파트너에 속해있는 모듈의 기구들과 교환이 사용의 이해에 대한 것으로 일어날 것이다.

외부환경에 노출된 payload 기구가 Columbus Module에 계획되었다. 그것은 두 개의

Columbus Pressurized Module과 천장과 천저에 위치하는 cone에 부착되어 분리된 지지구조로 되어있다.

NASA-ESA의 자원분배협약에 의해 50%의 자원이 나사에 제공되어 진다.

(6) Russian Segment

  

 

 

 

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 zarya

 

 

자르아 조절 모듈

technical term functional Cargo Block이라고도 하며, 소련말로 FGB라고도 하는 자르아 조절 모듈은 국제우주정거장을 위해서 최초로 발사된 부분이다. 이 모듈은 정거장의 초기단계의 추진과 동력을 제공하기 위하여 설계되었다. 19,323 킬로그램 (42,600 파운드) pressurized 모듈은 1998년 11월 러시아의 프로톤 로켓에 실려서 발사되었다. 미국이 자금을 대고 러시아가 제작한 자르아 (영어로 번역하면 "Sunrise"를 의미)는 러시아에 의해 만들어지고 발사되었지만 미국의 부분이다. 이 모듈은 NASA를 위해서 보잉사에게 부계약을 주어 모스코바에서 Khrunihev State Research and Production Space Center(KhSC라고 알려짐)에서 만들어 졌다. 자르아가 괘도에 도착한지 수주일 후에 우주선 Endeavour가 랑데뷰를 하여 유니티 또는 노드 1이라고 불리는 미국이 만든 연결 모듈을 부착했다. 우주 정거장이 세번째의 부분, 즉 러시아가 제공하는 승무원 거주 공간인 초기 정거장의 핵심모듈 (즈베즈다 서비스 모듈로 알려진)을 기다리는 동안 자르아 모듈은 노드 1(유니티 노드)에 통합 조절, 통신 그리고 전기 동력을 제공했다. 즈베즈다 서비스 모듈은 자르아의 많은 기능들을 강화시키거나 대체했다. 후에 정거장의 조립 후에, 자르아 모듈은 적재장소와 외부 연료 탱크로 이용될 것이다.

태양열판을 펼치고 있는 자르아 모듈

자르아 모듈은 길이가 12.6 meters(41.2 feet), 폭이 4.1 meters (13.5 feet)로 적어도 15년간을 운용할 수 있다. 이것의 태양열판과 여섯개의 nickel-cadmium 베터리는 3킬로와트의 전기 동력을 제공할 수 있다. 러시아의 Kurs 시스템을 사용하여, 자르아는 자동적으로 원격랑데뷰를 하였고 서비스 모듈과 괘도에서 도킹을 했다. 옆 도킹 포트로 러시아의 소유즈 유인기와 무인 프로그레스 연료 재보급 화물선을 수용할 것이다.

두개의 태양열판은 10.7 meters (35 feet)이며 폭이 3.4 meters (11 feet)이다. 모듈의 16 연료 탱크는 5.4 metric ton (6 톤)을 저장할 수 있다. 이 모듈을 위한 고도 조절 시스템으로 24개의 큰 steering jets와 12개의 작은 steering jets를 가지고 있다. 두개의 큰 엔진은 항공기를 다시 발사시키고, 주요한 괘도수정을 하는데 사용한다.

<자르아 모듈의 축조는 1994년 12월에 KhSC에서 시작되었다. 이것은 1998년 1월에 발사 준비를 시작하기 위해서 발사장소인 Kazakhstan의 Baikonur Cosmodrome으로 이송되었다. 3단계의 프로톤 로켓이 220.4 by 339.6 킬로미터(137 by 211-statute mile)로 이 모듈을 발사했다. 발사 도중, 베터리를 동력을 보존하기 위해서 모듈 시스템은 완속 모드에 있었다. 최초 경사괘도에 도착하고 프로톤의 3세번째 단계에서 분리된 이후에 프로그램된 명령들이 자동적으로 모듈의 시스템을 활성화시키고 태양열판과 통신 안테나를 전개시켰다. 운용시험 며칠후에, 모듈은 엔진을 가속하여 386.2 킬로미터 (240 statute miles)의 고도 (Endeavour가 랑데뷰를 한)에서 괘도를 선회하고, 항공기를 미국이 만든 유니티 연결 모듈에 부착되도록 붙잡았다.

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 Zvezda

 

Station statistics
Call sign:	International Space Station
Launch:	2000-07-12 Docked with ISS on 26 July.
Launch pad:	Baikonur Cosmodrome, Kazakhstan
Mass:	19,051 kilograms (42,000 lb)
Length:	13.1 metres (43 ft)
Width:	29.7 metres (97 ft)
Diameter:	4.15 m
Atmospheric  pressure:	101.3 kPa (29.91 inHg)
Perigee:	319.6 kilometres (172.6 nmi)
Apogee:	346.9 kilometres (187.3 nmi)
Orbit inclination:	51.63 degrees
Typical orbit altitude:	333.3 kilometres (180.0 nmi)
Average speed:	27,743.8 kilometres per hour (17,239.2 mph)
Orbital period:	91.20 minutes
Orbits per day:	15.79
Days in orbit:	2534 days
Days occupied:	2316 days
Number of orbits:	40,010
Statistics as of June 20, 2007.

 

 

 

러시아의 부분은 두 개의 러시아 과학자들에 의한 연구 payload를 지원하기 위한 연구모듈로 되어있다. 이 부분은 다른 시스템과는 분리된 ISS의 나머지부분으로부터 전력과 데이터를 얻을 것이다.

 

◇이소연씨, 즈베즈다 모듈서 거주

이 중 러시아의 거주모듈인 즈베즈다 모듈(Zvezda Module)은 '별'(star)이라는 뜻으로 이소연씨가 머물게 될 공간이다. 즈베즈다 모듈은 2000년 7월 12일 발사됐다. 무게는 1만9051kg. 태양전지판의 길이는 29.7m에 달한다. 길이는 13.1m, 최대 지름은 4.15m다.

즈베즈다 모듈은 미르(MIR) 우주정거장의 중심모듈과 같은 디자인이고, 미르2(MIR2) 우주정거장 건설을 목적으로 개발됐으나 구소련이 붕괴되면서 계획이 변경돼 ISS모듈로 사용되고 있다. 에네르기아사가 개발해 흐루니체프사가 제작했다.

즈베즈다 모듈에는 생명지원시스템이 갖춰져 있어 우주인들이 호흡, 수면, 식사, 휴식, 운동, 용변, 세면 등을 할 수 있는 생활공간으로 활용된다. 전력분배 기능, 데이터 작업시스템, 지상과의 통신시스템이 갖춰져 우주인들의 작업 공간으로도 이용된다.

이밖에 비행제어시스템, 추진시스템 등이 갖춰져 ISS 궤도조정(2개 엔진) 및 자세제어(32개 엔진)에도 쓰인다. 소유즈와 프로그래스호의 도킹을 지원하며 다양한 과학실험과 우주유영도 지원한다.

◇ 태양전지판으로 전력도 자체 생산

즈베즈다 모듈 내에서는 어떻게 공기를 정화하고 산소를 발생시킬까. 공기정화장치와 산소발생장치가 갖춰져 있으니 걱정할 필요가 없다. 물응축 재활용시스템도 있어 지구로부터 수송한 물을 탱크에 저장해 활용할 수 있다. 모듈 내 온도는 항상 18~28도로 유지된다.

전력은 2개의 태양전지판을 통해 생산하고 배터리에 저장된다. 필요하면 미국 모듈에서 전력을 가져올 수도 있다. 보다 안정적인 전력 생산을 위해서는 태양전지판을 우주인이 수동으로 움직여 태양 방향으로 유지할 수도 있다.

전체 모듈을 통제하고 데이터를 처리하는 중앙컴퓨터와 즈베즈다 모듈과 모스크바의 MCC(ISS관제센터)를 연결하는 통신시스템, 즈베즈다 모듈의 상태와 우주인의 건강정보를 전송하는 원격시스템도 즈베즈다 모듈이 갖춘 장비들의 일부다.

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(7) Canadam2

 

 

 

Dextre 

 

Space Station Remote Manipulator System (SSRMS)

 

 

Mobile Base System MBS

 

 

	Canadarm2	SPDM	MBS
Length	17.6 m	2 arms, 3.3 m each	5.7 m x 4.5 m x 2.9 m
Width	2.2 m	0.88 m	-
Mass	1,800 kg (approx.)	1,662 kg (approx.)	1,450 kg (approx.)
Lifting and Moving Capacity	120,000 kg (approx.)	600 kg (approx.)	20,900 kg (approx.)
Degrees of Freedom	7	15	-
Installation	April 2001	2003	2002

 

 

[DAUM 신지식 참조]

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Zarya was launched on a Russian Proton rocket from Baikonur Cosmodrome, Kazakhstan, on November 20, 1998 to a 400 km (250 statute mile) high orbit, with a designed lifetime of at least 15 years. After Zarya reached orbit, STS-88 launched on December 4, 1998 to attach the Unity Module.

                                                                1-Zarya

 

                                                              2-Zarya-Unity

July 25, 2000, 7:45 p.m. CDT

                                                  3-Service Module attached

                                                 4-Framework, docking adapter

                                         5-First solar arrays attached to ISS

                                        6-U.S. Laboratory attached

                                                  7-Station airlock attached

                                             8-ISS Assembly complete 2005