NASA는 장비 테스트를 위해 지구상의 무중력을 어떻게 시뮬레이션합니까?

장비나 하드웨어를 우주로 보내기 전에 일반적으로 극한의 우주 환경을 견딜 수 있는지 확인하기 위해 엄격한 테스트를 거칩니다. 추운 온도부터 방사선에 이르기까지 우주는 장비에 어려움을 겪지만 하드웨어도 중력이 다르기 때문에 우주에서는 지구와 다르게 작동합니다. 그렇다면 NASA와 같은 조직에서는 지구의 무중력 시뮬레이션을 어떻게 진행합니까?

우주비행사들은 62억 갤런의 물을 담는 거대한 수영장인 중립부력연구소(NBL)에서 자신의 기량을 시험합니다. 크기 덕분에 우주비행사는 실물 크기 모형을 사용하여 우주 여행을 준비하는 데 도움을 받을 수 있습니다. 그러나 NBL은 우주 비행사 훈련만을 위한 것이며 우주에서 어떻게 작동할지 확인하기 위한 장비 테스트용이 아닙니다.

이것은 질문을 제기합니다. 지구에서 무중력을 만들 수 있습니까? 그리고 우주로 보낼 장비를 테스트하는 데 얼마나 신뢰할 수 있나요? 알아 보자.

포물선 비행은 최대 40초의 "자유 낙하"를 제공하여 지구의 무중력 조건을 재현하는 데 도움이 됩니다. 무중력을 시뮬레이션하기 위한 포물선 비행의 기원은 텍사스 브룩스 공군 기지의 연구원들이 처음 제안한 1950년으로 거슬러 올라갑니다. 1959년까지 조종사들은 C-131B 화물 수송기로 10~15초의 자유낙하를 달성할 수 있었는데, 이는 우주 비행사 훈련과 테스트 장비 모두에 충분히 컸습니다. 이는 1957년에 시작되어 1973년부터 NASA가 운영해 온 공군의 중력 감소 프로그램의 일부였습니다.

이 비행은 포물선 모양으로 비행하여 작동합니다. 항공기가 가속하기 시작하고 조종사가 위로 올라갑니다. 비행기가 충분히 빠른 속도로 상승할 때 조종사는 푸시오버를 수행하여 추력을 줄여 비행기 탑승자와 장비가 항공기와 동일한 속도로 떨어질 수 있도록 합니다.

포물선 비행은 지구에서 무중력을 시뮬레이션하는(또는 달이나 화성의 중력을 시뮬레이션하는 데) 저렴하고 자주 사용되는 방법이지만 지속 시간에 따라 제한됩니다.

중력 하역 시스템은 무중력, 달 중력 및 화성의 중력을 시뮬레이션하기 위해 사람이나 장비의 무게를 내리는 오버헤드 크레인 유형 장치를 사용하여 작동합니다. ARGOS(Active Response Gravity Offload System)는 NASA의 존슨 우주 센터에 위치한 대형 장치입니다. 케이블 각도 센서를 사용하여 모션을 적극적으로 추적하고 따라갑니다. 이는 장비와 우주선이 이동하고 상호 작용할 수 있음을 의미하며 ARGOS는 시뮬레이션된 중력 수준을 유지합니다. 엔지니어들이 James Webb 우주 망원경을 테스트하는 데 사용한 시스템인 지구 중력의 영향을 줄이기 위한 복잡한 중량 및 도르래 시스템을 사용하여 유사한 효과를 얻을 수 있습니다.

ARGOS는 대형 장치이지만 테스트 장비에 적합한 더 작은 중력 오프로드 테이블이 있습니다. NASA의 고다드 우주 비행 센터(Goddard Space Flight Center)에는 광택이 나고 수평을 이루는 커다란 화강암 조각으로 구성된 테이블이 있습니다. 실제로 테스트 장비가 놓인 슬레드 덕분에 테이블 위에 "부유"할 수 있습니다. 에어 베어링은 슬레드 아래에 얇은 공기층을 생성하여 테이블 위에 떠 있게 만듭니다. NASA Goddard의 로봇 시연 및 테스트 엔지니어인 Joe Easley는 "기본적으로 거꾸로 된 에어 하키 테이블과 같습니다."라고 말했습니다.

중력 오프로드 시스템의 단점은 무중력 상태에서 물건을 이동할 수 있는 6가지 방향을 항상 제공하지 않는다는 것입니다. 예를 들어 중력 오프로드 테이블은 3개의 자유도만 제공하므로 정확도가 제한될 수 있습니다.

NASA는 또한 글렌 연구 센터에 1966년부터 운영해온 특정 무중력 연구 시설을 보유하고 있습니다. 이 시설은 467피트 길이의 강철 진공 챔버를 사용하여 작동합니다. 진공 펌프는 압력을 0.05 torr로 줄입니다. (비교를 위해 표준 대기압은 760torr입니다.) 그런 다음 크레인이 장비나 실험을 진공 챔버에 떨어뜨리고 연구원들은 자유 낙하에서 이를 연구하는 데 5.18초의 시간을 갖습니다. 포물선 비행과 마찬가지로 이 방법의 단점은 사용 가능한 시간이 짧고 무게 제한이 2,500lbs라는 것입니다.

연구원들은 하드웨어와 실험을 우주로 보내기 전에 테스트할 수 있는 새로운 방법을 항상 찾고 있습니다. 하지만 요즘에는 우주 접근 비용이 낮아지면서 지구에 무중력을 만들 수 있는 방법을 모색하기보다는 국제우주정거장을 하드웨어 테스트베드로 활용하는 경우가 많습니다.