인류가 화성에 가기 전, 해결해야 할 인체의 비밀

<www.jpl.nasa.gov>

NASA의 Moon to Mars 프로그램에서 부터 엘론 머스크의 2050년까지 백만 명의 사람들을 화성에 보내려는 야심 찬 계획에 이르기 까지, 인류는 붉은 행성에 인간의 발자국을 찍기 위해 경쟁하고 있습니다. 이 목표의 방법으로서 점점 더 정교해지는 로켓과 로봇으로 기술적 과제는 빠르게 해결되고 있습니다. 

하지만 사람들을 지구에서 벗어나게 하고 태양계의 나머지 부분을 탐사하기 위해 내보낼 계획에는 다른 문제가 있을 수 있습니다. 우주에서 인체에는 이상한 일이 일어나며, 만약 우리가 화성 임무에서 필요로 하는 몇 년과 같은 장기간의 임무를 가진 우주 비행사를 보낼 계획이라면, 우리는 이러한 의학 문제를 해결할 방법을 찾아야 할 것입니다.

 

우주에서 인체에 대해 아는 것

우주 임무에 관해서는 인체에 ​​영향을 미치는 두 가지 주요 요소가 있습니다. 바로 저중력과 이온화 방사선입니다. 

런던 대학교에서는 국제 우주 정거장 (ISS)에 대한 수년간의 연구를 통해 몸에 무중력이 미치는 영향에 대해 많은 연구를 해왔으며 몇 개월 또는 몇 년 동안 저중력 상태가 되면 다양한 의료 부작용이 있음을 파악했습니다.  

이러한 연구 결과는 지구에서 저중력 환경을 시뮬레이션하는 아날로그 연구라고 불리는 것에 의해 뒷받침됩니다. 런던 대학교 Francis박사는 '저중력에 대한 대부분의 연구는 저중력 아날로그를 사용하며 연구 대상자는 한 번에 몇 주 또는 몇 달 동안 침대에 누워있는 사람들로 지구에서 저중력을 시뮬레이션하는 가장 좋은 방법이다'라고 언급하고 있습니다. 

유럽 ​​우주국 (European Space Agency)의 침대받침대 프로그램과 같은 프로그램을 통해 연구원들은 침대의 자원 봉사자들을 머리 끝쪽으로 기울인 상태에서 저중력의 영향을 연구할 수 있습니다.

중력이 낮을 때 몸은 어떻게 되나요?

저중력에 대한 장기 노출의 가장 문제가 되는 영향 중 하나는 근 위축입니다. 이 상태에서는 근육이 중력을 상쇄시키거나 똑바로 유지하기 위한 힘을 가할 필요가 없기 때문입니다. 시간이 지남에 따라 몸 전체의 근육이 힘을 잃어감에 따라 우주 비행사가 지구의 완전 중력 환경으로 돌아올 때 큰 문제가 발생합니다. 이것이 우주 비행사가 ISS에서 운동을 매일 2 시간 동안 계속해서 가능한 한 근육을 유지하는 이유입니다.

저중력으로 인한 다른 문제로는 뼈 밀도의 손실이 있습니다. 화성 임무의 잠재적 영향에 대한 추정으로 우주 비행사가 골격 질량의 최대 절반을 잃을 수 있다고 합니다. 그 예로 안구 모양의 변화로 인한 심혈관 능력 상실, 부비동 문제 및 시력 감소를 들 수 있습니다. 

이것은 NASA가 획기적인 쌍둥이 연구에서 발견 한 증상 중 일부입니다. 우주 비행사 인 스콧 켈리 (Scott Kelly)는 자신의 쌍둥이 형제 인 마크 켈리 (Mark Kelly)와 생리학 적 비교를 위해 우주에서 1년을 보냈습니다.

우주 환경에서는 유체가 재분배되어 상체와 머리가 붓게 되는 것으로 알려졌습니다. 하지만 시력 저하의 원인 부분에서는 이전에는 머리에 압력이 가해져 안구 뒤쪽으로 밀리는 것으로 생각되었습니다. 우주 비행사들은 혈액 공급이 감소하고 시신경 위축이있는 것으로 알려져 있으며, 이는 두개 내압의 증가로 인한 것일 수 있다고 알려졌었는데 최근의 자료에 따르면 머리의 압력이 시력 저하의 원인이 아니라고합니다. 아직 알려지지 않은 다른 메커니즘으로 인해 이러한 문제가 발생할 수 있습니다.

우주에서 더 오래, 수십 년을 지낼 때 더 큰 의학적 문제가 있습니다, 바로 임신과 출산입니다. 우리는 수정 과정이 저중력에서 얼마나 성공적인지 확신 할 수 없습니다. 연구에서 인간의 정자는 지구에서보다 저중력에서 덜 효과적으로 움직이는 것으로 밝혀졌으며, 난자에 도달하는 정자조차도 크게 영향을 받을 수 있다고 알려졌습니다. 무중력 쥐 실험에서 생식에 대한 최근의 연구는 그 쥐들이 성공적으로 임신 할 수는 있었지만 곧 유산되었다고 밝혀졌습니다.

인간이 지구에서 멀리 떨어져 버린다면, 이러한 이유들로 인해 장기적인 외부 세계 식민지 건설이 필요하게 됩니다. 

 

화성의 중력은?

아직 해결되지 않은 문제는 ISS의 무중력 환경에서의 연구가 중력이 지구의 38% 정도인 화성의 저중력 환경에 어떻게 적용되는지에 관한 것입니다. 신체가 의학적 문제를 경험하기 시작하는 중력의 문턱이 있을 수 있습니다. 또는 선형 관계 일 수 있으므로 화성에 있는 우주 비행사에 대한 영향은 ISS에 있는 우주 비행사에 대한 영향보다 적습니다. 이 관계에 대한 더 많은 데이터를 얻을 때까지는 확실하게 알 방법이 없습니다.

화성의 중력은 실제로 이러한 많은 문제를 예방할 만큼 충분히 강할 수있습니다. 지구보다 작지만 중력이 있고 운동과 같은 대책과 결합하면 괜찮을 것입니다. 그렇기 때문에 화성에 인류가 가는 도전 목표이기도 합니다. 

화성 표면에서 연구를 한다면 우주 비행사의 상태를 유지하거나 우주 여행에서 잃어버린 근육과 골격의 질량을 되 찾을 수도 있습니다. 지금까지의 추정치는 6개월 동안 화성 지표면에서의 연구를 실제로 할 수 없으므로 우주 비행사가 저중력을 겪고있는 것에 근거하여 연구가 진행되고 있습니다. 

 

말하기 껄끄러운 문제 : 이온화 방사선

수년간의 저중력 환경 경험 덕분에, 우주 산업체들은 그로 인해 야기되는 대부분의 의료 문제를 완화하고 해결하기 위한 전략을 개발했습니다. 하지만 인간이 지구의 보호 자기장 너머의 우주를 탐험하기 시작하면 발생하는 전혀 다른 문제가 있습니다. 이 안전한 피난처 밖에는, 우주에서 움직이는 모든 것들이 위험한 우주 광선으로 둘러 싸여집니다. 이 안전지대를 벗어난 유일한 유인 우주선 임무는 달 임무이지만, 몇 달이나 몇 년이 아니라 몇 주 동안 방사선에 노출되는 것에 관련된 임무들이다.

우리는 우주 광선이 섬세한 전자 장치를 손상시킬 수 있다는 것을 알고 있으므로 지구의 자기권 너머로 이동하도록 설계된 우주선은 구성 요소를 보호하기 위해 차폐되어 있습니다. 그러나 이 같은 광선은 잠재적으로 인간에게 치명적이며, 우리는 그들이 어떻게 인체에 영향을 줄 수 있는지 이해해야 합니다. 예를 들어, 생쥐 연구에 따르면 방사선에 노출 되면 신체뿐만 아니라 뇌에도 영향을 미칠 수 있으며 불안 증가와 같은 행동 변화를 유발할 수도 있습니다.

방사선 노출은 근육 위축과 같은 방식으로 효과를 개선 할 수있는 것이 아닙니다. 우주 비행사를 방사선으로부터 보호 할 수있는 유일한 방법은 물리적인 구조물을 만들어 안전하게 보호하는 것입니다. 방사선은 주요 방해 요소이며 생물학적 관점에서 방사선으로부터 우주비행사 자신을 보호하기 위해 할 수있는 일은 없습니다. 생물학이나 의학보다는 선박 설계와 엔지니어링에 달려 있습니다.

 

특이한 환경에 대한 적응

인간은 적응할 수있는 생물이며, 익숙해지면 어떤 환경에서도 집처럼 느껴질 수 있습니다. 그러나 우주 임무와 관련되어서는 많은 도전 과제가 있습니다. 중력과 인공 공기의 물리적 감각에 적응할 뿐만 아니라 비좁은 조건을 다루기도합니다. 국제 우주 정거장 (ISS)은 비교적 넓으며 승무원은 어느 정도의 개인 공간과 프라이버시를 가질 수 있습니다. 그러나 화성 임무는 사람들이 매우 가까운 지역에 거주하면서 훨씬 더 비좁아 질 것입니다.

이 장소로 가는 승무원을 위한 훈련의 일환은 그러한 전환과 환경에 대한 조정을 가속화하는 것입니다. 그들은 집의 소우주를 개발함으로써 그렇게 하고 있습니다. 예를 들어, 우주 비행사는 우주와 집의 상징으로 공간을 장식하여 자신과 문화를 반영하고 지구와 다시 연결하는 환경을 만듭니다. 이것은 범선 및 기타 원격 환경에서 역사적으로 수행 된 것과 유사합니다.

물론 훈련도 중요합니다. 우주 비행사는 환경에 익숙해 지도록 일상적인 작업을 연습해야합니다. 이는 ISS와 같은 무중력 환경에서 특히 그렇습니다. 익숙해지는 시간이 충분히 필요하기 때문입니다.  

비록 우리 몸의 세포가 몇 초 안에 무중력으로 조절 될 수 있지만, 그러한 환경에서 인간이 편안하게 느끼는 데는 훨씬 더 오랜 시간이 걸리며, 이상한 경험을 합니다. NASA의 인터뷰에서 한 아폴로 우주 비행사는 '잠자기 위해 떠도는 첫날 밤 갑자기 팔과 다리를 잃어 버렸다는 것을 깨달았습니다. 내 마음이 다 알 수 있듯이, 사지가 없었습니다. 그러나 팔이나 다리를 움직일 의식적인 명령으로 즉시 다시 나타났습니다. 긴장을 풀면 다시 사라졌습니다.' 라고 언급했습니다. 

 

심리에 영향을 미치는 생리적 문제

저중력이 육체에 영향을 미치는 방법은 많으며 육체적 문제와 심리적 문제의 차이를 풀기 어려울 수 있습니다. 지구의 보호 자기권 밖으로 여행하는 우주 비행사는 이온화 우주 방사선에 충격을 받을 것으로 예상 할 수 있으며, 이는 DNA를 손상 시키고 위장 문제, 피로 및 구토를 유발할 수 있습니다 . 무중력으로 인한 문제로 '우주 병;을 일으킬 수 있는데 눈의 입력이 신체의 느낌과 일치하지 않아 두통과 메스꺼움을 유발할 수있는 자동차 멀미와 유사합니다.

등산가가 고산병을 다루는 방식과 유사하게 우주 비행사는 신체적으로 아프다고 느낄 수있는 환경에서 생활하고 일하는 법을 배워야합니다. 이는 기분에 큰 영향을 줄 수 있습니다.

생리적 및 물리적 연결을 끊기는 어렵습니다. 부상을 입으면 기분에 영향을 주기 때문에 둘 다 중요합니다. 

 

좋은 식사의 장점

우주 비행사를 건강하고 행복하게 유지하는 가장 효과적인 방법 중 하나는 식사를 잘하는 것입니다. 음식은 기본적이고 근본적인 인간의 필수제입니다. 생존을 위해 필요하지만 사기를 높이고 팀을 구성하는 측면에서 큰 심리적 요소를 가지고 있는데 함께 식사를 하는 것이 승무원을 단호하게 유지하는 좋은 방법이 될 수 있으며 작업과 분리된 환경으로 안정을 줄 수 있습니다. 

다른 한편으로, 우주 비행사들이 동일한 식사를 반복해서 먹어야 할 때 단조로운 음식은 상당히 사기를 저하시킬 수 있습니다. ISS로 보내지는 간식의 '케어 패키지'가 매우 귀중한 이유입니다. 우주 정거장에 있는 우주 비행사는 재보급 임무 를 통해 좋아하는 음식을 그들에게 보내도록 요청할 수  있으며 , 케첩과 같은 양념이 음식을 더 맛있게 만들어 주기 때문에 많은 요구를 합니다.  

비행기 음식이 비행 할 때 습도와 기압이 낮기 때문에 항상 끔찍한 맛을 내는 방식과 마찬가지로 공간의 맛이 변한다는 증거도 있습니다. 우주에서는 체액이 머리로 이동하여 코막힘을 일으켜 음식 맛이 이상해집니다. 따라서 우주 비행사는 종종 풍미가 강하거나 매운 음식을 선호하며, 많은 지구와는 다른 음식 맛을 선호합니다.

화성 임무에서 우주 비행사는 재보급을 할 수 없었기 때문에 그들이 처음 출발 할 때만 음식을 가질 수 있었으며 한 번에 몇 달 동안 먹을 수 있는 단조로운 방법들 밖에 없는 것이 현실입니다. 그래서 NASA와 다른 우주 기업체들이 투자하고있는 한 프로젝트는 우주에서 신선한 음식을 재배하는 방법을 찾는 것입니다.

먹을 수 있는 맛있는 음식을 제공 할뿐 아니라 재배되는 음식은 우주 비행사들에게 심리적 혜택을 줄 수있습니다. 진정한 강점 중 하나는 승무원에게 자율성을 제공한다는 점입니다. 그들은 그들이 가진 것에 의존 할 필요가 없습니다. 그들은 스스로 작물을 키울 수 있는 것에 보람을 느낄 수 있습니다. 선택의 여지가 적은 환경에서 그들이 어떤 유형의 식물을 자라게할지 선택하는 것은 가치가 있습니다.

 

우주 비행사들의 파업

우주 비행사가 훈련을 위해 선발 될 때, 우주 기업체들은 필요한 기술을 갖춘 유자격자만 찾지 않고 까다로운 환경에 적합한 특정 성격 유형을 찾습니다. 우주 비행사가 특정 상황에서 스스로 행동 할 수있을 만큼 독립적이어야 하지만 주어진 지침을 기꺼이 준수해야하기 때문에 중요한 한 가지 요인은 우주 비행사가 지상 통제 명령을 따르는 것입니다.

1973년 Skylab 임무의 3인 승무원이 하루 동안 파업을 시작하여 지상 통제와의 통신을 중단했습니다. 그들은 최대 16시간의 근무일로 너무 열심히 일했다고 불평했고, 그들은 하루를 편안하게 보내기로 결정했습니다. Skylab 사령관 제리 카 (Jerry Carr)는 24 시간의 파업을 시작하기 전에 '지구에서는 84일 동안 하루에 16시간을 일하지 않는다며, 우주에서 이 작업을 수행하지 않겠다'고 말했을 정도입니다.

NASA는 매일 우주 비행사들을 위해 1시간의 자유 시간을 허용했습니다. 그러나 이 사건은 실제 우주 기업체들이 우주 비행사의 행동을 얼마나 거의 통제하지 못하고 있는가를 이슈로 떠올려 주었습니다.  

Skylab 파업사태에서 얻은 교훈은 우주 비행사들이 계속해서 일할 수없고 자유 시간이 필요하다는 것입니다. ISS 우주 비행사에 대한 현재의 정책은 매일 자유 시간을 보내고 주말을 쉬는 것 입니다. 향상된 통신 인프라 덕분에 ISS 우주 비행사는 가족과 화상 채팅을 하고 인터넷을 사용할 수있어 자유 시간 동안 휴식을 취할 수 있습니다.

 

지상 통제에 대한 승무원의 긴장

Skylab 사태는 지상 통제와 우주 비행사 간의 긴장이 어떻게 문제를 일으킬 수 있는지에 대한 실제 사례입니다.

이것은 변위에 대한 이야기로 승무원이 지상 통제로 긴장이나 스트레스를 외부화하는 것을 말합니다. 둘 사이의 커뮤니케이션에서 볼 수 있는 한 가지 문제는 지상 통제 직원이 승무원과 의사 소통 할 때 더 많은 정보가 항상 더 좋다는 가정하에 많은 정보를 제공하게 됩니다. 그러나 승무원에게는 실망스럽고 압도적일 수 있습니다. 그들은 필요한 정보를 알고 싶어합니다. 여기에 중요한 점이 있습니다. 지상의 사람들의 관점이 다른 곳에 위치한 지휘관의 관점과 달라지는 개념이 생기는데 지상 통제 센터에서는 우주에서 승무원의 관점을 듣는 것과 이용 가능한 모든 정보로 장기적인 이익을 결정하는 것 사이에 미묘한 선을 만들어야 합니다.

 

공간의 실존 공포

무중력, 질병, 단조로운 음식, 그리고 주위에 명령을 내리는 것만으로도 스트레스가 충분하지만, 우주 여행 자체에서도 그 영향이 존재합니다. 일부 우주 비행사들은 우주에서 지구를 본 후 자신과 세계를 보는 방식에 크게 영향을 미친다고 알려져있습니다.

아폴로 11호 우주 비행사 마이클 콜린스는 '지구가 파괴적인 분위기를 내뿜고 있었다'고 언급했는데 지구가 작고, 반짝이고, 아름답고, 집같고, 깨지기 쉽게 보인다는 느낌을 받았다는 기록이 있습니다. 

인간이 처음으로 지구의 시야 밖으로 여행할 때 심리적으로 어떤 일이 일어나는지는 알 수 없습니다. 자신의 고향에서 멀리 떨어져 있는 것은 '관측불능의 지구'라고 이름 붙여진 것과 같이 어느정도 심오한 심리적 영향을 줄 수 있을지도 모릅니다. 아마도 이것은 초기 해양 탐험대들의 선원들이 세계의 가장자리를 찾아 떠날 때 느꼈던 것과 비슷할 것입니다. 

우리가 태양계에 더 깊이 들어가기 시작하면 어느 시점에서 더 이상 지구를 볼 수없는 지점에 도달하게 될 것입니다. 우리는 사람들이 그것에 어떻게 반응 할 것인지 모르지만, 그것이 단 몇 밀리미터 두께의 캡슐에 들어있는 어떤 사람들에게는 단절, 향수병, 고립감, 떨림의 느낌이 실제로 복합적으로 작용할 것이라고 상상할 수 있을 것입니다.