낮은 지구 궤도를 넘어 지속 가능한 우주 탐사를 위한 미생물 응용

npj 미세중력 9권, 기사 번호: 47(2023) 이 기사 인용

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국제우주정거장 건설로 인해 인류는 지난 22년간 계속해서 우주에서 생활하고 일해왔습니다. 지구상의 우주 및 기타 극한 환경에서의 미생물 연구는 박테리아와 곰팡이가 "정상" 조건에 비해 적응하고 변화하는 능력을 보여주었습니다. 생물막 형성과 같은 이러한 변화 중 일부는 우주비행사의 건강과 우주선 무결성에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 반면, 플라스틱 분해 경향과 같은 다른 변화는 우주에서의 자급자족과 지속 가능성을 촉진할 수 있습니다. 향후 10년 내에 달과 화성에 대한 유인 임무를 보게 될 차세대 우주 탐사 시대가 도래함에 따라 계획, 의사 결정 및 임무 설계에 미생물학 연구를 통합하는 것이 이러한 장기적인 임무의 성공을 보장하는 데 가장 중요할 것입니다. 임무. 여기에는 감염, 면역 체계 기능 장애 및 뼈 악화로부터 보호하기 위한 우주 비행사 미생물군집 연구 또는 미생물을 통합하여 방사선 보호막 역할을 하고, 전기를 생성하고, 신선한 식품 및 재활용을 위한 강력한 식물 서식지를 구축하는 생물학적 현장 자원 활용(bISRU) 연구가 포함될 수 있습니다. 쓰레기. 이 리뷰에서는 생물 재생 생명 유지 시스템에서 미생물의 유익한 사용, bISRU에 대한 적용 가능성, 생명 공학 우주 응용 분야를 위한 유전 공학적 능력에 대한 정보가 제시될 것입니다. 또한, 우리는 미생물과 미생물 군집이 장기간 우주 여행에 미칠 수 있는 부정적인 영향에 대해 논의하고 그 영향을 줄이기 위한 완화 전략을 제공합니다. 미생물의 이점을 활용하는 동시에 미생물의 한계를 이해하는 것은 우리가 우주를 더 깊이 탐험하고 달, 화성 및 그 너머에서 지속 가능한 인간 서식지를 개발하는 데 도움이 될 것입니다.

미국 항공우주국(NASA)은 향후 2년 안에 인간을 달에 보내고 2033년까지 최초의 인간을 화성에 착륙시키겠다고 약속했습니다. 저궤도(LEO)를 넘어선 여행은 인류 문명을 확장하고 미래의 우주 정착을 가능하게 할 것입니다. , 지구와 태양계의 진화에 대한 과학적 지식을 제공하고, 추가 우주 탐사를 위한 글로벌 파트너십을 구축합니다1,2. 아르테미스 계획에 따르면 2024년(아르테미스 II)에 유인 달 비행이 예정되어 있으며, 2025년(아르테미스 III)에 달 착륙이 예정되어 있습니다. 이번 10년말3. 아르테미스 프로그램의 성공에 중요한 것은 우주비행사가 거주하고 연구를 수행하는 동시에 달 표면에서의 장기간 탐험을 지원하는 궤도 플랫폼인 게이트웨이(Gateway)가 될 것입니다. 아르테미스 프로그램은 화성 탐사를 위한 디딤돌 역할을 할 달 남극에 베이스캠프를 건설할 예정이다. 달 기지에서의 연구 및 개발은 NASA가 이러한 불리한 외계 환경에서 장기적인 인간 탐사를 위한 모범 사례를 확립할 수 있는 미래 화성 임무의 프로토타입 역할을 할 것입니다4.

발사 후 몇 시간 내에 지구에서 정기적으로 재공급되는 국제 우주 정거장(ISS)의 운영과 달리, 심우주 임무에는 지구와 무관한 자급자족과 지속 가능성이 필요합니다. 여기에는 재생 가능 자원의 활용, 폐기물 재활용, 발전, 장기간/무한 기간에 걸친 식량, 물, 산소의 지속적인 공급이 포함됩니다. 달은 아르테미스 프로그램에 따라 수행할 수 있는 독특한 연구 기회를 제공하는 심우주 환경을 갖춘 LEO를 넘어선 최단 거리입니다. 달 궤도선 게이트웨이는 태양 에너지를 사용하여 우주선을 추진하고 전력을 공급하는 전력 및 추진 요소, 거주 공간 및 연구 작업 공간 역할을 할 거주 및 물류 전초 기지, 우주선용 도킹 포트를 활용하는 ISS와 유사하게 기능합니다. Orion으로서 이는 우주비행사를 심우주로 수송하는 최초의 장치가 될 것입니다5,6. ISS와 지구 궤도 위성은 재생 가능한 전력 자원으로 태양 에너지를 활용하지만 화성과 같이 더 먼 전초기지에서는 태양으로부터의 거리, 각도, 날씨(예: 먼지 폭풍)와 같은 다른 요인이 에너지 효율성에 영향을 미칩니다. 태양광 어레이에서 제공7. 최근 화성의 먼지 폭풍으로 인해 태양광 패널에 먼지가 쌓여 적절한 햇빛이 도달하지 못하게 하여 착륙선이 배터리를 절약하는 "안전 모드"로 강제 전환되는 NASA의 Insight 임무의 경우가 그러한 것입니다8. 달 착륙선의 태양 전지판에 달라붙은 전기적으로 충전된 달 먼지로 인해 아폴로 임무 중에 유사한 먼지 덮음 문제가 발생했습니다9,10. ISS로 자주 보내는 화물과 같은 재보급 화물은 비용이 많이 들고 장기간의 우주 임무에는 적합하지 않을 수 있습니다(화성에 도착하는 데 최대 7개월이 소요됨). 따라서 달이나 화성과 같은 외계 전초 기지에서 식량과 산소 생산의 자립성은 매우 중요합니다11. 또한, 지구와 화성 사이의 통신 지연은 행성의 위치에 따라 5분에서 20분까지 다양합니다12. 화물 재공급 임무의 부족과 통신 지연은 인간의 건강 관련 비상 상황에 해로울 수 있으므로 승무원이 건강 위험 예방 및 치료에 있어 자급자족하는 것이 필수적입니다. 따라서 아르테미스와 화성 탐사 임무에 앞서 깊은 우주에서 실현 가능하게 구현될 수 있는 제한된 자원과 인간 건강 위험을 해결하기 위한 솔루션을 확립해야 합니다. 이는 인간 건강13,14,15,16, 농업17, 식량 생산18,19,20, 생태계21,22,23,24,25 및 건축 환경26,27에 중요한 미생물의 이용 및 공학을 통해 달성될 수 있습니다. 그림 1은 심우주 탐사에서 미생물이 수행할 수 있는 다양한 역할에 대한 개요를 제공합니다.