지구에서 약 40만 6771㎞. 미국 나사(NASA)가 현지시간 6일 공식 발표한 아르테미스 2호의 비행 거리다. 1970년 아폴로 13호가 세운 유인 우주 비행 최장거리 기록을 54년 만에 경신했다. 그 순간 오리온 캡슐 안에는 달 뒷면을 관측하던 승무원 두 명과, 플라이휠 장치로 운동 중이던 승무원 두 명이 있었다. 한 조가 달 표면을 살피는 동안 나머지 한 조는 하루도 빠지지 않는 30분 운동을 소화했다. 승무원들은 비행 2일차인 2일(현지시각)부터 플라이휠 운동을 시작했으며, 지난 4일(현지시각) CBS뉴스가 아르테미스 2호
지구에서 약 40만 6771㎞. 미국 나사(NASA)가 현지시간 6일 공식 발표한 아르테미스 2호의 비행 거리다. 1970년 아폴로 13호가 세운 유인 우주 비행 최장거리 기록을 54년 만에 경신했다. 그 순간 오리온 캡슐 안에는 달 뒷면을 관측하던 승무원 두 명과, 플라이휠 장치로 운동 중이던 승무원 두 명이 있었다. 한 조가 달 표면을 살피는 동안 나머지 한 조는 하루도 빠지지 않는 30분 운동을 소화했다. 승무원들은 비행 2일차인 2일(현지시각)부터 플라이휠 운동을 시작했으며, 지난 4일(현지시각) CBS뉴스가 아르테미스 2호 조종을 맡은 빅터 글로버의 운동 장면을 포착해 보도했다.
우주에서 운동을 멈출 수 없는 이유
2024년 캐나다우주국(CSA) 연구진이 플라이휠 시험 작동 중 데드리프트(왼쪽)와 스쿼트 동작을 수행하고 있다. / CSA 제공
우주의 무중력 환경에서는 근육이 빠른 속도로 약해진다. 중력에 저항해 몸을 지탱할 이유가 없어지기 때문이다. 허리, 목, 종아리, 허벅지 앞쪽처럼 평소 자세를 잡는 데 쓰이는 근육들이 가장 먼저 타격을 받는다. 뼈도 마찬가지다. 체중이 실리지 않으면 골밀도 역시 빠르게 떨어진다.
이탈리아 나폴리 페데리코 2세 대학교 연구팀이 2022년 12월 국제학술지에 발표한 논문에 따르면, 무중력 환경에 2주만 노출돼도 근육량이 최대 20% 감소한다. 3~6개월의 장기 임무에서는 최대 30%까지 줄어들 수 있다. 단순히 몸이 약해지는 수준이 아니라 임무 수행 자체가 불가능해질 수 있는 수치다.
이 때문에 국제우주정거장(ISS·International Space Station), 즉 지구 저궤도 약 400㎞ 상공에 떠 있는 유인 우주 연구 시설에 평균 6개월간 체류하는 우주비행사들은 근육과 뼈 손실을 막기 위해 하루 두 시간 이상의 운동을 의무적으로 수행한다. 지구로 즉시 돌아와 의료 지원을 받기 어려운 환경인 만큼, 심장과 뼈, 근육을 튼튼하게 유지하는 것은 임무 수행의 전제 조건이다.
ARED 대신 플라이휠을 선택한 이유
ISS에서 우주비행사들이 쓰는 주력 운동기구는 ARED(Advanced Resistive Exercise Device)다. 진공 실린더를 이용해 지구에서의 중량 운동과 유사한 저항을 만들어내는 장비로, 스쿼트·데드리프트·벤치프레스 등 270가지 이상의 운동이 가능하다. 문제는 크기다. 높이 2.5m, 폭 1.5m에 달하는 이 장비는 아르테미스 2호의 오리온 캡슐에 설치할 공간이 없다. 대신 선택된 운동 장비가 무게 약 13.6㎏, 캐리어 크기의 소형 플라이휠이다. 전기도 필요 없고, 무게추도 없다. 순수하게 물리 법칙만으로 최대 181㎏에 달하는 가변 저항을 만들어낸다.
플라이휠은 어떻게 작동하나
아르테미스 2호 오리온 캡슐에 실린 플라이휠. 손잡이가 달린 줄을 반복적으로 당기는 방식으로 작동한다. / 미국 항공우주국(NASA) 제공
플라이휠은 요요와 유사한 케이블 기반 장치다. 발판에 올라 줄을 힘껏 당기면 원형 회전판이 빠르게 돌며 에너지를 저장한다. 줄이 끝까지 풀려도 회전판은 관성 때문에 멈추지 않는다. 이때 풀렸던 줄이 반대 방향으로 다시 감기기 시작하고, 사용자는 감기는 힘에 저항하며 버텨야 한다. 근육이 늘어나면서 힘을 쓰는 상태, 즉 '신장성 수축(eccentric contraction)'이 발생하는 구간이다. 이는 지구의 중력이 몸을 끌어당기는 것과 유사한 자극을 근육과 뼈에 전달한다.
당기는 세기가 강할수록 저항도 커지는 방식이라 별도의 무게 조절 없이도 실시간으로 강도가 맞춰진다. 각 우주비행사의 체력 수준에 맞춘 개별 운동 설정도 가능하다. 우주비행사들은 이 장치를 로잉머신처럼 활용해 유산소 운동을 하거나, 스쿼트·데드리프트 같은 하체 운동, 이두 컬·업라이트 로우 같은 상체 운동까지 전신을 훈련한다.
신장성 수축이 중요한 이유
플라이휠의 핵심은 줄이 되감기는 구간에서 신장성 수축이 강제로 발생한다는 점이다. 덤벨을 들어올리는 동작보다 천천히 내리는 동작에서 근육 손상과 성장 자극이 더 크게 발생하는 것과 같은 원리다. 근육이 늘어나면서 저항하는 이 상태는 일반적인 단축성 수축(줄어들며 힘을 쓰는 동작)보다 약 20~40% 더 많은 근육 자극을 만들어낸다. 올리고 내리는 양 방향 모두에서 근육을 강하게 쓰기 때문에 짧은 운동 시간으로도 높은 효율을 낼 수 있다.
한편, 임무를 절반 이상 마친 아르테미스 2호는 현재 자유귀환궤도를 따라 지구로 돌아오고 있으며, 나사는 한국시간 11일 오전 9시 7분 미국 샌디에이고 해안에 착수할 것으로 전망하고 있다.
