By 지난 글 “[무중력1] 무중력 상태에서 촛불은 어떻게 될까???” 에서 무중력에서의 촛불의 모양에 대해서 살펴봤다. 요약하자면 무중력상태에서의 촛불은 매우 작고 파랗고 심지 부분을 제외한 다른 방향은 완전한 구를 이루고 있다는 정도이다. 이 글에서는 범위를 좀 더 넓게 하여 우주에서의 화재에 대해서 생각해본다. 이 글을 읽기 전에 위의 링크된 글을 우선 읽기를 추천드린다.
무중력 상태에서는 공기가 열을 받아서 팽창해도 부력이 생기지 않는다. 부력은 기본적으로 중력 때문에 생기는 힘이다. 따라서 무중력 상태에서는 불꽃에 의한 대류가 나타나지는 않으며, 화재가 일어나도 대류가 없다는 점에서 지구와의 차이나게 된다.
공기가 대류하지 않는 점은 불꽃 입장에서는 새로운 산소를 공급받고, 만들어진 이산화탄소를 배출하는 측면에서 매우 불리하다. 그래서 확산에 의해서만 산소가 조금 공급되고, 이산화탄소가 조금씩 제거되므로 불꽃이 매우 조그맣다. 그러므로 대류가 없으면 화재가 덜 위험할 것 같은데, 실제로는 화재가 더 위험해진다. 그 이유들을 살펴보자.
① 열의 집적
무중력에서는 대류가 없으므로 열이 매우 조금씩 공급되도 그곳에 계속 머물어 쌓인다. 시간이 오래 지나면 온도가 발화점까지 충분히 높아질 수 있다. 또 무중력에서는 타는 물체에 따라서 불꽃이 일지 않으면서도 탈 수도 있다. 대류가 존재하는 중력 환경에서 발화하려면 열이 많이 공급되어야 하는 것과 큰 차이일 수 있다.
또 일단 불꽃이 일기 시작한다면, 지구상에는 공기가 대류함으로서 산소를 공급하고 이산화탄소를 배출하여 불이 활발히 불꽃을 내면서 타지만, 무중력상태에서는 대류가 존재하지 않아 불꽃이 커지지는 않는다. 그러나 발생한 열을 다른 곳으로 퍼트리는 대류도 없어서 한번 발생한 고온의 공기는 거의 안 흩어지고 한 곳에 모여있다. 이는 부가적인 문제를 야기할 수 있다.
② 전선의 열 발산문제
대류의 부재는 우주선에 수북히 쌓여있는 전자제품에 더욱더 큰 문제를 낳는다. 전선에서 발생하는 열은 쉽게 다른 곳으로 퍼지지 못한다. 중력이 있다면 대류로 공기 중으로 퍼지겠지만, 대류가 없으면 복사와 전도 그리고 약간의 확산만으로 열이 퍼진다. 전기가 흐르는 전선 스스로가 스스로를 달굴 뿐이다.
그러니까, 우주선을 만들 때 전기가 흐르는 전선을 혼자 너무 길게 놔두면 전선에서 발생하는 매우 작은 열도 시간이 지나면서 차곡차곡 쌓여서 전선의 피복에 불이 붙을 수 있을지도 모른다.
그런데 그러한 상황보다 더 위함한 부분이 있으니 공기가 없는 진공 속의 전선이다. 전도 이외에는 열이 퍼지는 마땅한 방법이 없으므로, 피복이 불타지는 않더라도 고온에 의해 녹아서 문제가 생기기 쉽다.
따라서 화재를 예방하기 위해서 전선들을 최대한 금속판에 붙여서 금속판이 열을 분산시킬 수 있도록 만들어야 한다. 기왕이면 전선 피복도 열전도율이 높은 소재로 만들겠다. ^^
③ 유독가스의 집적
무중력에서는 대류가 일어나지 않기 때문에 한 번 불이 붙은 뒤에는 그 불에서 발생한 이산화탄소를 비롯한 유독가스가 주위에 계속 머물러 있다. 더군다나 공기가 원활히 공급되지 않기 때문에 더 많은 유독가스가 만들어진다. 이 문제는 사람이 화재를 알아채기 힘들게 하고, 발생한 많은 가스가 한순간에 우주선에 퍼져서 전체가 위험하게 만들 수도 있다.
④ 가연성 물체의 비연소 노출
대류가 있을 때는 강한 불꽃 때문에 촛불 속의 흰 기체가 밖으로 노출되는 일은 거의 없다. 초등학교 때 실험에 의한 경험을 잠시 들춰보면 유리관 같은 것으로 촛불 내부의 기화된 물질을 열로부터 보호해 주면 밖으로 노출될 수 있기는 하다.
무중력 상태에서라면 이야기가 좀 달라지는데, 촛불의 심지에서 발생하는 기화된 물질은 대부분 연소하지만 불꽃 밖으로 방출되기도 한다. 노출된 기화된 물질은 확산되지만 전체적으로는 촛불 부근에 남아있다. 만약 조건이 충족된다면 이 기화된 물질은 폭발을 일으킬 수 있다.
이 이외에도 무중력이라는 환경은 우리가 미처 깨닫지 못한 위험이 있을 수 있다. 우리 인류는 태어나면서 본능적으로 중력에 대해 인지하고 조절하는 능력을 갖는다. 따라서 무중력 상황이 되면 본능적인 대처가 불가능해지고, 오로지 인지적이고 경험적인 반응에 의해서 활동해야 하기 때문에 큰 위험이 발생할 수 있는 것이다.
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