지구의 외부 공간 - 우주의 환경을 재현한 오하이오의 거대한 진공 챔버

지구의 외부 공간 - 우주의 환경을 재현한 오하이오의 거대한 진공 챔버

NASA는 장비를 우주로 발사하기 전에 미국 오하이오 주의 Glenn Research Center로 장비를 보냅니다. 우주 진공 상태의 극한 조건에 대한 적합성을 이곳에서 테스트합니다다.
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갈릴레오의 꿈

미국 오하이오 주의 북쪽 샌더스키에 위치한 NASA 연구소의 흰색 돔은 우주 시뮬레이션 진공 챔버 위로 곡선을 이룹니다. 높이 37m, 지름 30m의 이 건물은 세계에서 가장 큰 진공 챔버입니다. 갈릴레오 갈릴레이가 살아있을 때 이 건물이 존재했다면, 그는 아마 매우 기뻐했을 것입니다. 이 거대한 공간에서 낙하하는 물체에 대한 갈릴레이의 법칙과 가벼운 깃털이 볼링공처럼 빨리 낙하하는 현상을 경험적으로 관찰할 수 있습니다.

ISS 및 화성 미션을 위한 테스트

1969년에 완공된 이 챔버는 기술 장비를 갖추고 있어 기초 연구와 새로운 산업 발전을 위한 실험 현장으로 적합합니다. 하지만, NASA의 엔지니어들은 주로 우주에서 나중에 사용될 모든 종류의 하드웨어를 위한 실험실로 사용합니다. 인공위성, 탐사선, 미사일 추진체, 승무원 캡슐, 달에서 사용하는 차량은 이미 이곳으로 옮겨져 우주에 있는 것과 유사한 극한 조건에 노출됩니다다. 예를 들어, 전문가들은 국제 우주 정거장(ISS)의 솔라 세일이 진공 상태에서 작동 여부와 작동 방식을 조사합니다. 현재 센터의 실험은 화성 임무에 주안점을 두고 있습니다. 예로 화성용 자동차 2대의 에어백 랜딩 시스템을 테스트하고 있습니다.

우주 진공 외에도, 시뮬레이션에는 우주의 큰 온도 변동과 태양의 강한 자외선도도 포함되어 있습니다. 챔버의 내부 온도는 60℃까지 가열될 수 있으며 영하 160℃까지 냉각됩니다. 4400kw 출력을 가진 석영 램프가 인공 태양 효과를 생성하는 데 사용됩니다.

최첨단 진공 펌프

챔버의 내부는 알루미늄으로 채워져 있으며 부피는 22,653 m3입니다. 이것은 약 10개의 올림픽 수영장 크기에 해당합니다. 최대 2.4m 두께의 콘크리트 외층은 챔버 측면의 15x15m 문이 닫히고 내부의 공기압이 점차 강하할 때 외부 압력으로부터 구조물을 보호합니다.

큰 진공 면적을 만들기 위해 로터리 및 터보 진공 펌프를 포함하여 다양한 진공 펌프를 결합합니다. 30톤의 공기를 빼내는 데 몇 시간이 걸립니다. 챔버 내부에는 약 2g만 남습니다. 공기압은 0.000000000013bar 또는 130 마이크로파스칼입니다. 이는 지구 대기압의 10억분의 1에 해당합니다.


무거운 물체가 가벼운 물체보다 더 빨리 낙하합니까? 아리스토텔레스는 기원전 300년 경에 이 질문을 던졌고 나중에 사물 낙하 속도가 중량에 따라 달라진다는 사실을 관찰에 근거해 추측했습니다. 갈릴레오 갈릴레이는 거의 2000년 후에 낙하하는 사물의 움직임을 관찰한 후 고대 학자의 이론에 의문을 제기했습니다. 그는 공기 저항이 역할을 한다는 것을 알아 차렸습니다. 그래서 그는 경사면을 만들었고 황동공을 여러 번 굴러 떨어지게 했습니다. 이렇게 하면서 반복적으로 경사면을 변화시키고, 시험 조건을 변경했으며, 벨, 수량계, 그리고 자신의 맥박을 이용하여 구체의 낙하 시간을 확인했습니다.

그는 이 결과를 토대로 자유 낙하 시 물체의 움직임에 대한 특정 결론에 도달하였으며 첫 번째 규칙을 지정하였습니다.

1. 물체의 낙하 속도(v)는 낙하 시간(t)에 비례하여 증가합니다.
2. 낙하 거리(h)는 낙하 시간(t2)의 제곱에 비례하여 증가합니다.

물체의 질량이나 모양은 낙하 거리 또는 낙하 속도에 영향을 주지 않습니다. 하지만 갈릴레오는 자신의 시도가 예측값만을 제공한다는 사실을 잘 알고 있었습니다. 그는 이를 정확하게 확인을 위해 진공 챔버가 필요했을 것입니다. 오하이오에 있는 것보다 더 작더라도 충분했을 것입니다. 결국, 모든 물체가 동일한 속도로 떨어질 때는 공기 저항이 없고 내부가 진공 상태일 뿐입니다. 갈릴레오가 진공 챔버 없이 올바른 결론을 내렸다는 사실이 그의 과학적 업적을 더욱 빛나게 합니다.


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