우주 정거장을 청결하게 유지하는 방법에 대해 알아보겠습니다.
지구에서 온 박테리아를 어떻게 막을까요?
1998년까지 12년 동안 궤도에 있던 러시아 우주정거장 미르(Mir)는 노후화의 징후를 보이고 있었습니다. 정전이 빈번했고, 컴퓨터는 신뢰할 수 없었으며, 기후 제어 시스템은 누수를 일으켰습니다. 그러나 승무원들이 생활공간에서 함께 지내는 미생물의 종류를 평가하기 위한 연구를 시작했을 때, 그들은 발견한 것에 깜짝 놀랐습니다.
검사 패널을 열었을 때, 축구공 크기만한 탁한 물 방울이 몇 개 발견되었습니다. 후속 분석에서 이 물이 박테리아, 곰팡이, 진드기로 가득 차 있다는 것이 밝혀졌습니다. 더 우려스러운 것은 우주정거장 창문 주변의 고무 씰을 공격하는 미생물 군집과 전기 케이블을 서서히 부식시키는 산을 분비하는 벌레들이었습니다.
미르(Mir) 우주정거장의 각 모듈이 지구에서 발사될 때는 거의 완벽한 상태였으며, 엔지니어들이 마스크와 보호복을 착용하고 클린룸에서 조립했습니다. 현재 정거장에 살고 있는 원치 않는 생명체들은 모두 후에 이 궤도 실험실에 거주하게 된 다국적 남녀 그룹에 의해 궤도로 운반되었습니다.
우리는 미생물과 함께 우리의 삶과 몸을 공유합니다. 우리의 장을 둘러싸고 있는 박테리아에서부터 죽은 피부를 갉아먹는 미세 진드기까지, 우리 몸의 세포 중 절반 이상이 인간 세포가 아닌 것으로 추정됩니다. 이들 미생물 대부분은 해가 없을 뿐만 아니라 음식을 소화하고 질병을 막는 데 필수적입니다. 우리가 어디를 가든 우리의 미생물군집을 함께 데려가며, 인간처럼 그것도 우주 생활에 적응하는 법을 배우고 있습니다.
"우주는 인간뿐만 아니라 모든 생명체에게 매우 스트레스가 많은 환경입니다, "라고 국제우주정거장(ISS)의 미생물군집에 대한 최근 유럽우주국(Esa) 연구를 이끈 크리스틴 모이슬-아이징어(Christine Moissl-Eichinger)가 말합니다. "우주비행은 승무원들에게 스트레스를 주고, 우리는 미생물들도 스트레스를 받아 나쁜 반응을 보일지 궁금했습니다."
그녀의 연구는 시기적절합니다. 올해 11월까지 ISS는 연속적으로 20년 동안 점유될 것입니다.
그리고 전 세계가 코로나19 팬데믹으로 어려움을 겪고 있는 지금, 한 가지 흥미로운 질문이 제기됩니다. 우주정거장을 유해한 미생물로부터 어떻게 안전하게 유지할 수 있을까요?
미르(Mir)의 경험 이후, 생물학자들은 우주정거장에 무엇이 살고 있을지, 특히 정거장이나 더 나아가 우주비행사들에게 위협이 될 수 있는 미생물에 대해 우려해 왔습니다.
"우리는 미생물 군집의 유전적 구성이나 조성에 차이가 있을 것으로 예상했습니다. 그들이 겪어야 했던 적응 때문에, "라고 오스트리아 그라츠 의과대학의 모이슬-아이징어(Moissl-Eichinger)는 말합니다.
과학자들은 ISS에서 약 55종의 다양한 미생물이 안정적인 개체군을 형성한 것을 발견했습니다. 중력이 없는 환경에서도 이 박테리아, 곰팡이, 곰팡이류, 원생동물, 바이러스는 환경에 잘 적응했습니다.
"이 미생물들은 항생제에 더 저항성이 있거나 인간에게 잠재적으로 해로운 특성을 가진 것은 아니었습니다,"라고 모이슬-아이징어는 말합니다. "하지만 우리는 그들이 모든 금속 표면에 적응했다는 것을 발견했습니다."
이 금속을 갉아먹는 미생물들은 기술친화적 생물(technophiles)로 알려져 있으며, 미르(Mir)와 마찬가지로 우주정거장 시스템에 장기적인 위험을 초래할 수 있습니다. "장기적으로 이는 우주정거장의 적절하고 안전한 관리에 어려움을 초래할 수 있습니다."
ISS의 미생물군집을 통제하는 것은 승무원들의 몫입니다. 매주 우주비행사들은 항균 물티슈로 표면을 닦고 진공청소기로 흩어진 잔해를 빨아들이도록 일정이 잡혀 있습니다. 이는 주방 지역을 청결하게 유지하고 땀에 젖은 운동 장비와 장비가 곰팡이가 피지 않도록 하는 일상적인 가사 업무에 추가된 작업입니다.
"우리는 부분적으로 우주비행사들이 가사일을 해주길 기대합니다, "라고 유럽우주국(Esa)에서 생명 유지 시스템 연구를 이끄는 크리스토프 라서가 말합니다. "하지만 우리는 또한 공기를 정화하고 물을 깨끗하게 유지하기 위해 기술에 의존합니다."
미르(Mir)에서 얻은 교훈은 ISS의 설계와 운영에 적용되었습니다. ISS의 환경은 더 건조하며(생명체는 물을 좋아합니다) 공기의 이동이 훨씬 활발하여, 지속적인 바람이 먼지를 필터 시스템 쪽으로 날려 보냅니다.
"집과 ISS에서의 주요 차이점은 먼지가 가라앉지 않고 공기 배출구에 축적된다는 점입니다, "라고 라서(Lasseur)는 말합니다. "또한 연필이나 안경과 같은 다른 물체들도 공기 필터 쪽으로 날아가게 됩니다." 사실, 벽에 부착되지 않은 모든 물체는 이동하는 경향이 있습니다.
ISS에서의 경험은 인간이 미생물 군집과 큰 부작용 없이 공존할 수 있음을 보여주었습니다. 현재 과학자들이 우려하는 것은 지구 저궤도의 상대적인 안전을 벗어나 달과 화성으로 여행할 때 무슨 일이 발생할지입니다.
"오늘날 우주정거장은 반 앨런 방사선대 아래에 있어 방사선 노출이 줄어듭니다, "라고 라서(Lasseur)는 말합니다. "우리가 반 앨런 벨트를 통과하면 방사선 노출이 강해질 것이고, 아마도 미생물의 진화(유전적 돌연변이) 속도가 조금 더 빨라질 것입니다."
나사는 현재 게이트웨이(Gateway)로 알려진 달 궤도 실험실을 개발 중이며, 우주비행사들은 이곳에서 몇 주 동안 생활할 것입니다. 하지만 그 후에는 잠재적으로 몇 달씩 비워둘 수도 있습니다.
"우주비행사들이 떠났다 돌아올 때, 미생물 성장을 촉진하는 조건을 남기지 않도록 해야 합니다, "라고 라서(Lasseur)는 말합니다. "그것은 심각한 문제가 될 수 있습니다."
첫 번째 인간 탐사가 화성 표면으로 향할 때 우리의 미생물 군집이 함께 갈 경우에 대비한 노력도 진행 중입니다.
현재 우리가 화성에 보내는 모든 것은 철저히 청결하게 유지됩니다. 예를 들어, 유럽우주국(Esa)의 최신 화성 로버는 영국에서 가장 깨끗한 방 중 하나에서 엔지니어들이 특수 속옷, 전신 슈트, 얼굴 마스크, 두 겹의 장갑을 착용하고 조립했습니다. 올해 말 발사 예정인 이 엑소마스(ExoMars) 로버는 과거 또는 현재의 화성 생명체 징후를 찾기 위해 설계되었습니다. 따라서 지구의 생명체로 오염되지 않는 것이 중요합니다.
하지만 인간이 화성에 갈 때, 그들은 결코 청결할 수 없습니다. 우주비행사들로부터 기존 미생물의 모든 흔적을 제거하는 것은 불가능할 뿐만 아니라 치명적일 수도 있습니다. 그렇다면 어떻게 우리는 깨끗한 환경을 오염시키지 않거나 화성 미생물을 우리가 지구에서 가져온 미생물과 혼동하지 않을 수 있을까요?
"네, 우리 몸에는 많은 미생물이 있지만, 우리가 화성에서 벌거벗고 다니지는 않을 것입니다, "라고 유럽우주국(Esa)의 행성 보호 담당관인 게르하르트 크미넥(Gerhard Kminek)은 말합니다. "우주비행사들은 생존을 위해 우주복을 착용할 것이며, 이는 오염을 내부에 가두는 역할을 할 것입니다."
우주복 외부에 있는 인간 미생물이 화성 환경을 오염시키지 않도록 하는 것이 도전 과제입니다. 이는 세계 주요 우주 기관의 작업 그룹이 다루고 있는 문제 중 하나로, 올해 말에 인간 탐사의 영향으로부터 화성을 보호하기 위한 권고안을 발표할 예정입니다.
그러나 훨씬 더 긴급한 문제는 화성 미생물을 지구로 가져오는 것입니다. 화성 토양과 암석 샘플을 반환하는 임무가 현재 개발 중이며, 이 샘플들에 생명체가 포함될 가능성이 있습니다.
안드로메다 스트레인이나 더 씽 같은 공상과학 작품이 우리에게 가르쳐준 것이 있다면, 지구를 감염시킬 우주 미생물을 가져오는 것에 대해 조심해야 한다는 것입니다. 그리고 최근 연구는 ISS에서 위험한 것이 자라고 있지 않음을 보여주지만, 우주정거장에서 미생물군집의 진화를 이해하는 것은 화성에서 돌아오는 첫 우주비행사들의 안전을 보장하는 데 도움이 될 것입니다.
"우주비행사들이 화성에서 돌아왔을 때, 그들의 미생물군에서 무언가를 발견한다면, 그것이 화성 생물학에 의해 유도된 것인지 아니면 인간 우주비행에서 이전에 보았던 것인지 평가할 수 있을 것입니다, "라고 크미넥(Kminek)은 불길하게 말합니다.
한편, 미생물학자들에게는 또 다른 기대할 만한 것이 있습니다. 아폴로 우주비행사들이 50년 전에 달에 남긴 약 96개의 인간 배설물 가방이 있습니다. 사람들이 다음 10년 내에 달에 돌아오면, 나사는 이 가방들 중 일부를 회수하여 그 안의 박테리아가 아직 살아 있는지 확인하기를 희망합니다. 만약 살아 있다면, 이는 인간 미생물군에 대한 이해에 또 하나의 작은 진전이 될 것입니다.
우주에서 사람의 배설물 처리 방법은 무엇일까?
- 화장실 사용: 우주비행사들은 특별히 설계된 화장실을 사용합니다. 이 화장실은 배설물을 진공으로 흡입하여 무중력 상태에서도 안전하게 수집할 수 있도록 합니다. 고형 배설물은 봉투에 수집되고, 액체 배설물은 별도로 저장됩니다.
- 고형 배설물 처리: 고형 배설물은 특수 봉투에 수집된 후, 방취 및 멸균 처리를 거칩니다. 이 봉투는 주기적으로 수집되어 우주선 외부의 저장 공간에 보관됩니다. 나중에 지구로 반환하거나 소각을 위해 대기권에 재진입시킬 때 태워버립니다.
- 액체 배설물 처리: 액체 배설물은 수분 재활용 시스템으로 보내져 물과 다른 성분으로 분리됩니다. 재활용된 물은 승무원들이 다시 사용할 수 있으며, 나머지 찌꺼기는 별도로 처리됩니다.
- 재활용 시스템: ISS에서는 배설물을 포함한 다양한 폐기물을 재활용하는 시스템이 존재합니다. 이 시스템은 물을 재활용하고, 고형 폐기물을 처리하여 가능한 한 많은 자원을 다시 사용할 수 있도록 합니다.