신문은 선생님

54년 만에 달을 향해 떠났던 미국 유인 탐사선 '아르테미스 2호'가 지난달 10일(현지 시각) 새 역사를 쓰고 무사히 귀환했어요. 하지만 이 위대한 여정 뒤에는 아찔한 순간도 있었어요. 우주선이 발사되자마자 소변을 빨아들이는 장치가 고장 나면서 어려움을 겪었거든요. 화장실을 쓸 수 없게 된 우주비행사들은 급한 대로 비상용 비닐봉지를 사용했고, 다행히 지상 관제 센터의 도움을 받아 겨우 장치를 고쳤어요.

그런데 며칠 뒤, 소변을 내보내는 호스가 꽁꽁 얼어붙어 막혀버렸어요. 우주비행사들은 호스를 녹이려고 히터를 틀고 우주선을 따뜻한 태양빛 쪽으로 기울이며 노력했지만 쉽게 해결되지 않았어요. 이 소식을 들으면 이런 궁금증이 생겨날 거예요. '대체 중력도 없는 우주선 안에서 화장실은 어떻게 작동하는 걸까?'라고 말이죠. 그럼 지금부터 우주 화장실의 원리에 대해 알아볼까요.

우주 화장실은 수퍼 진공청소기

지구에서는 화장실 걱정을 할 필요가 없어요. 사과가 땅으로 툭 떨어지듯, 우리 몸의 배설물도 중력 덕분에 변기 아래로 자연스럽게 가라앉으니까요. 하지만 중력이 거의 없는 우주에서는 배설물이 변기 아래로 떨어지지 않아요. 그래서 우주비행사들이 지구에서처럼 화장실을 사용하면 배설물이 우주선 안을 이리저리 둥둥 떠다니는 참사가 벌어질 거예요. 그러다 배설물이 우주선의 정밀한 전자 장비 틈으로 스며들어 고장을 일으킨다면 정말 큰일이겠죠. 게다가 배설물로 오염된 공기는 우주비행사들의 건강까지 위협할 수 있습니다.

1969년 달에 처음 발을 내디딘 닐 암스트롱 시절만 해도 우주선에는 화장실이 없었어요. 대신 우주복 안에 특수 기저귀를 차고 견뎌야 했죠. 이후 미국 항공우주국(NASA)은 수십 년간의 연구 끝에 '진공 흡입식 화장실'을 발명해 냈습니다. 이 화장실은 변기 안쪽에 달린 '팬'이라는 장치의 강력한 흡입력을 이용해 배설물을 빨아들입니다. 마치 우리가 집에서 쓰는 진공청소기와 같은 원리예요.

우주 화장실에는 소변과 대변용 흡입 장치가 각각 설치돼 있어서 소변과 대변이 따로따로 분리돼요. 소변은 호스를 통해 저장 탱크로 이동하고, 대변은 아래로 빨려 들어가 전용 봉투에 모아져 압축 저장됩니다. 이때 중력이 없다 보니 우주비행사가 가만히 앉아만 있어도 몸이 '붕' 떠오를 수 있기 때문에, 엉덩이는 변기에 완전 밀착하고 손잡이를 잡은 채 발은 발 받침대에 고정시킵니다.

소변이 마실 물로 변한다?

그렇다면 진공청소기처럼 빨아들인 배설물은 그 뒤에 어떻게 처리될까요? 아르테미스 2호처럼 짧은 기간 우주 비행을 하고 올 때는 소변을 저장 탱크에 모아두었다가 일정 주기마다 우주로 배출합니다. 반면 몇 개월씩 머물러야 하는 국제우주정거장(ISS)에서는 소변을 정수해 식수로 활용합니다. 우주선에 실을 수 있는 물의 양은 한정되어 있어 물이 귀하기 때문이에요.

사람의 소변은 95%의 물과 5%의 불순물(나트륨, 칼륨, 요소 등)로 이루어져 있습니다. 이 5%의 성분만 완벽하게 걸러내면 우리가 마시는 물과 똑같아지죠. 실제로 국제우주정거장에서는 강력한 정수 장치를 통해 소변의 98%를 깨끗한 생수로 만들어내고 있습니다.

원리는 이렇습니다. 먼저 소변을 진공 상태에서 보글보글 끓여 수증기로 만든 다음, 이 수증기를 차갑게 식혀 맑은 물방울로 모읍니다. 이렇게 모인 물은 한 번 더 깐깐한 정화 과정을 거치게 되죠. 정화 장치의 소변이 식수로 만들어지는 데 걸리는 시간은 8일 정도 됩니다.

0도 근처에서 소변 끓여

그런데 우주에서는 어떻게 소변을 끓일까요? 기압이 약해지면 물은 평소보다 훨씬 낮은 온도에서도 끓기 시작합니다. 예를 들어 에베레스트처럼 높은 산 정상에서는 공기가 희박해 기압이 낮아져서 70~80도만 돼도 물이 끓거든요. 특히 공기가 없는 우주에서는 기압이 거의 없어서 0도 가까이에서도 물이 끓을 수 있습니다. 우주선의 정화 장치는 바로 이 점을 이용해요. 정화 장치 안을 공기가 없는 진공 상태로 만들어, 아주 적은 에너지로 소변을 끓게 해서 수증기를 쏙쏙 뽑아내는 것이죠.

소변은 물로 바꾼다지만 대변은 어떻게 될까요? 대변은 냄새가 밖으로 새 나가지 않도록 특수 봉투에 하나씩 담겨 꼼꼼하게 밀봉된 뒤 냉동 보관됩니다. 이렇게 차곡차곡 모인 봉투들은 화물선이 지구로 귀환할 때 가져오게 되죠.

화물선이 지구 대기권으로 진입할 때는 엄청난 마찰열이 발생하는데요. 이때 화물선과 함께 대변 봉투들도 밤하늘의 별똥별처럼 활활 타오르며 흔적도 없이 사라진답니다. 우리가 밤하늘을 보며 빌었던 소원 중 하나는 어쩌면 우주비행사의 대변이 타오르며 만든 빛이었을지도 모르겠네요.

화물선에 쓰레기를 담아 태우는 방식은 주로 국제우주정거장(ISS)처럼 장기간 머무는 곳에서 쓰입니다. 상대적으로 짧은 기간 비행을 한 아르테미스 2호에는 도중에 쓰레기를 받아줄 화물선이 따로 붙지 않았습니다. 아르테미스 2호 우주비행사들의 대변은 화물선에 버려져 불타는 대신, 우주선 안의 특수 캔에 압축·밀봉돼 지구까지 함께 귀환했죠.