1. 소개
우리가 숨쉬는 공기는 약 질소 78%, 산소 21%, 기타 성분 1%로 이루어져 있다. 여기서 생존에 필수적인 건 산소 뿐이고, 우주선에 질소를 가져가려 하면 질소 탱크 등 쓸데없는 무게가 늘어나는 셈이 된다. 예나 지금이나 우주선들이 무게절감에 매달리는 건 여전했고, 대기와는 조성비가 다른 공기를 호흡하는 것을 연구하게 되었다.2. 상세
초기의 우주선들은 100% 산소를 사용했다. 하지만 지구 대기와 같은 기압조건(1기압)의 순수 산소로 호흡을 했다가는 산소가 과다 흡수되어 산소중독증에 걸리게 되며 우주 비행사 전원이 요단강 익스프레스를 탈 수 있다. 그러니 대기 중에서의 산소흡수량과 비슷한 양을 유지하기 위해 기압을 낮춰야만 했다. 즉 질소 79, 산소 21인 상황 대신 산소만 33인 상황을 만들어 놓은 것. 대기 중 산소 농도가 20% 정도인데 0.2기압이 아닌 이유는 기압이 낮으면 신체의 흡수율이나 우주선 내 환기시설의 효율도 낮아지기 때문이다. 사람은 훈련만 잘 받으면 1/3기압에서도 살 수 있다(에베레스트 산 꼭대기가 이정도 된다). 미국은 머큐리와 제미니까지는 문제없이 순수 산소를 잘 써왔다. 정확히 말하자면 정상적인 호흡을 할 수 있는 한계가 0.33기압에 100% 산소 환경 즈음이고, 호흡을 별도의 산소호흡기나 양압장치에 의존한다면 몸 자체는 0.16기압까지는 견딜 수 있다고 한다. 한 마디로 0.16기압까지는 산소마스크만 달랑 쓰고 맨몸으로 나가도 살 수는 있다는 소리. 실제로 전투기 조종사들은 산소마스크에 지슈트 정도만 입고 4~5만 피트(약 15km~18km) 고도를 비행하기도 한다. 지슈트 자체가 약간의 압력(압박)을 제공해 주긴 하지만 절대로 우주복처럼 완전밀폐하여 완벽히 여압이 되는 물건은 아니다. 물론 0.1기압 밑으로 떨어지면 완전하게 여압이 되는 우주복이 필요하다. 압력이 너무 낮아져서 피가 끓어버리거나, 그 정도는 아니어도 기포가 발생해서 혈액순환에 장애가 오기 때문. 물론 맨몸으로 있어도 산소부족으로 인한 질식이 아니라 단순히 기압요건만으로 사망에 이르는 데는(=사람이 살 수 있는 온도의 우주공간에 맨몸으로 산소호흡기만 달랑 쓰고 나갔을 경우) 10분에서 한두 시간 정도는 걸린다고 한다.그런데 아폴로 1호가 훈련 중 일어난 스파크로 화재가 일어나 승무원 3명이 사망하는 사고가 발생했다. 아폴로 계획 항목 참고. 그 후 연구를 통해 100%의 산소는 인화성기체에 가까워진다는 사실이 밝혀진다.
한편 소련의 경우는 의외로 소련답지 않게 대기와 비슷한 79% 질소, 21% 산소 조성비의 선내 공기를 제공했다. 실은 유리 가가린 이전에 Valentin Bondarenko(발렌틴 본다렌코)가 아폴로 1호와 비슷하게 순수 산소 환경에서 일어난 화재로 사망한 일이 있었기 때문. [1]
어쨌든 미국도 아폴로 1호 사고 이후 발사와 재진입시에는 산소와 질소가 6대 4로 섞인 공기를 사용하며 우주 공간에 진입하면 서서히 순수 산소로 바꾸도록 했다. 우주선 무게가 간당간당한 건 여전하니 유난히 위험한 발사와 재진입시에만 질소가 섞인 공기를 사용하기로 한 것. 하지만 순수 산소 공기의 위험성은 여전했기에 스카이랩 계획 시점부터 우주에서도 질소를 섞기 시작했다. 이때는 75%가 산소, 25%가 질소였다. 이후 우주왕복선, 국제 우주정거장 시점에서는 대기 조성비와 유사한 79% 질소, 21% 산소 공기를 사용한다.
한편 미국의 우주복들은(러시아는 우주복도 1기압에 79% 질소 21% 산소를 사용한다.) 여전히 순수 산소를 사용하는데, 기압이 낮으면 우주복이 덜 빵빵해져 움직이기 편하고, 우주복을 더 얇게 만들 수 있고, 혹시 공기가 샐 경우에 수습이 쉬워지기 때문에 우주복의 운용 기압은 인체가 버틸 수 있는 최저치로 놓기 때문. 문서 참조.
[1] 순수 산소환경에서 얼마나버티는가 지상 테스트중에 몸을 닦은 알코올 면봉을 차를 우려마시던 핫플레이트에 떨구어서 그걸 끈다고 자기가 입은 모직옷 소매로 덮었다가 옷에 불이 붙어서 전신에 3도화상을 입은지 16시간만에 사망했다고한다.