국제우주정거장 20년, 혁신적 과학 성과 조명

지난 20년간 국제우주정거장(ISS) 우주비행사들은 지구 어디에서도 할 수 없는 방식으로 과학 연구를 수행해왔습니다. 지구 위 약 400km 상공을 도는 ISS는 장기간 미세중력 연구가 가능한 유일한 실험실입니다.

지난 20년간 우주정거장은 수많은 발견, 과학적 혁신, 독특한 기회, 역사적 돌파구를 뒷받침했습니다. 이 연구는 우주 탐사를 더 멀리 나아가게 할 뿐만 아니라 지구상의 삶에도 혜택을 줍니다.

다음은 ISS에서 20년간 인간 상주 동안 달성한 주요 과학적 돌파구들입니다.

근본적 질병 연구

알츠하이머, 파킨슨병, 암, 천식, 심장병 등 이 중 어떤 질병이 여러분의 삶에 영향을 미쳤든, 우주정거장 연구도 여러분에게 영향을 미쳤습니다. 미세중력 연구는 이들 질병 연구에 새로운 통찰을 제공했습니다. 지구 중력 간섭 없이 알츠하이머 연구자들은 신경퇴행성 질환을 일으킬 수 있는 단백질 클러스터를 연구했습니다. 암 연구자들은 체내 혈액 공급을 돕는 내피세포 성장을 연구했는데, 종양이 형성되려면 이 혈액이 필요합니다. ISS에서 배양한 세포가 지구보다 더 잘 자라 새로운 암 치료제 테스트에 도움이 됩니다. 유럽우주국 연구는 기도 염증을 정량화하는 진단 도구 개발에 기여했는데, 이는 우주비행 진단뿐 아니라 천식 등 지구상 유사 질환 진단에도 응용됩니다.

안정적으로 타는 차가운 불꽃 발견

과학자들이 화염 소멸 실험(FLEX) 연구에서 연료 방울을 태울 때 예상치 못한 현상이 발생했습니다. 헵테인 연료 방울이 꺼진 듯 보였지만 실제로는 가시 화염 없이 계속 타고 있었습니다. 불이 두 번 꺼졌는데, 한 번은 가시 화염과 함께, 다른 한 번은 없이. 과학자들이 헵테인 연료 큰 방울이 이중 연소·소멸 모드를 가진 것을 처음 관측한 사례입니다. 두 번째 단계는 '차가운 화염 화학적 열 방출'로 유지됐습니다. 불하면 보통 열을 떠올리지만, ISS에서 생성된 특수 화염은 온도를 낮게 유지합니다.

연소 연구에서 중력을 제거하면 화염의 기본 원리 탐구가 가능합니다. 차가운 화염은 지구에서도 생성됐지만 금방 깜빡이며 꺼집니다. ISS에서는 몇 분간 타서 과학자들에게 더 나은 연구 기회를 줍니다. 일반 화염은 그을음, 이산화탄소, 물을 생성하지만 차가운 화염은 일산화탄소와 포름알데히드를 생성합니다. 화학적으로 다른 이 화염의 거동을 더 알면 더 효율적이고 덜 오염시키는 차량 개발로 이어질 수 있고, 차세대 유인 탐사선의 화재 진압 테스트와 진압제 선정에도 방향을 줄 수 있습니다.

새로운 수질 정화 시스템

우주정거장에서 폐수를 효율적으로 재활용하면 보급 임무로 물을 공급할 필요성이 줄어듭니다. 더 깊은 우주로 나아가면 보급이 불가능해져 이런 시스템이 필수입니다. JEM 수분 회수 시스템(JWRS)은 소변에서 음용수를 생성합니다. 과거 유인 우주선에서는 소변과 폐수를 수집·저장하거나 선외로 배출했습니다. 하지만 장기 우주 임무에서는 물 공급이 제한 요인이 될 수 있습니다.

또한 전 세계 많은 사람들이 깨끗한 물에 접근하지 못합니다. 위험 지역은 ISS용으로 개발된 기술로 고도화된 여과·정화 시스템을 이용할 수 있습니다. 정거장의 수분 회수 시스템은 정거장 물을 정화·여과해 우주비행사가 우주에서 사용하는 물의 93%를 회수·재활용합니다.

신약 개발

ISS에서 수행된 단백질 결정 성장 실험은 암부터 치주 질환까지 수많은 질병 치료에 통찰을 주었습니다. 인간 단백질을 결정화해 연구하면 우리 몸과 잠재적 질병 치료에 대해 더 알 수 있습니다. 정거장 실험의 가장 유망한 결과 중 하나는 뒤셴 근디스트로피(DMD)와 관련된 단백질 연구에서 나왔습니다. 이 연구 기반의 DMD 치료제가 임상 시험 중입니다. 또 다른 실험 PCG-5는 치료용 항체 키트루다(Keytruda®)를 더 균일한 결정 형태로 성장시키는 것을 목표로 했습니다. 약물을 주사제로 투여할 수 있게 개선하려는 것이었습니다(기존은 IV 치료).

근위축·골손실 대응

우주 연구는 우주비행사의 뼈와 근육 손실, 그리고 그 완화법에 대한 지식을 크게 넓혔습니다. 이는 골다공증 등 지구상 질환을 겪는 사람들에게도 적용됩니다. 미세중력이 뼈와 근육에 미치는 효과는 독특한 연구 기회를 제공합니다. 과학자들은 우주비행사가 정거장 체류 중 겪을 뼈·근육 손실을 크게 줄이는 운동 루틴과 식단 요법을 개발했습니다.

미세중력이 뼈·근육에 미치는 영향을 완화하는 방법을 이해하는 것은 달과 화성의 부분 중력 환경에서의 미래 탐사에 중요합니다. 지구에서 뼈·근육 위축은 정상적 노화, 좌식 생활, 질병으로 발생합니다. 미세중력에서의 이런 손실 연구가 지구상 사람들을 위한 이해와 잠재적 치료제 개발에 도움이 될 수 있습니다.

미세중력에서 인체 변화 이해

인간이 화성으로 갈 때 직면할 도전을 알아야 합니다. 우주정거장 장기 체류는 미세중력에서 인체가 예상치 못하게 변화하는 방식을 밝혀냈습니다. 일부 우주비행사들은 예기치 않게 시력 변화를 겪었는데, 이는 현재 우주비행 관련 신경안구 증후군(SANS)으로 알려져 있습니다. 이 문제 발견을 도운 후, 우주정거장 연구는 SANS를 더 잘 이해하는 플랫폼이 되었습니다.

나사의 쌍둥이 연구는 우주에서 1년을 보낸 우주비행사 스콧 켈리와 지구에 머문 쌍둥이 형 마크 켈리를 비교했습니다. 장기 우주비행이 인체에 미치는 다양한 방식에 대한 통찰을 제공했습니다. 결과는 스콧의 유전자 발현이 변했고, 우주에서 백신에 적절히 반응했음을 보여줬습니다.

미세중력에서 식물 재배

보충 식량을 재배할 수 있으면 인간이 지구에서 더 멀리 탐사할 수 있습니다. 우주정거장에서 다양한 식물 재배 기술이 탐구돼 이런 임무를 준비해왔습니다. 2015년 8월 10일 우주비행사들이 첫 우주 재배 샐러드를 시식했고, 지금은 무도 우주에서 재배 중입니다. 베지(Veggie) 시설에서 8종류의 잎채소가 우주비행사 식용으로 재배돼 최적 기술을 다듬고 있습니다.

물주기, 조명, 식물 재배를 위한 새로운 솔루션을 테스트해 미세중력에서 식량 작물을 만들어야 합니다. ISS는 이런 테스트를 수행하고 어떤 조건에서 식물이 가장 효과적으로 자라는지 검증하는 플랫폼 역할을 했습니다.

미세중력에서 3D 프린팅

ISS에서 첫 3D 프린팅이 2014년 이루어졌습니다. 메이드 인 스페이스(Made in Space) 개발 프린터가 수십 개 부품을 출력해 연구자들이 지상 제작품과 분석·비교했습니다. 분석 결과 미세중력이 공정에 유의미한 영향을 미치지 않아 3D 프린터가 우주에서 정상 작동함을 입증했습니다. 이후 실험에서 재활용 플라스틱으로 물체 출력. 바이오패브리케이션 시설(BioFabrication Facility)은 초미세 바이오잉크 층으로 인간 장기·조직 프린팅을 향한 작은 걸음을 뗐습니다.

ISS 프린터 테스트는 미래 우주 임무가 지구로부터 더 독립적이 되는 길을 엽니다. 필요한 물품을 지구에서 보내고 여정 내내 싣고 가는 대신 우주에서 3D 프린팅할 수 있습니다. 재활용 소재로 프린팅하면 장기 임무에서 제한된 저장 공간을 차지하던 자재를 활용할 수 있습니다.

자연재해 대응

승무원 핸드헬드 카메라 이미지를 핵심으로, 정거장은 미국 내외 재해 대응 활동을 지원하는 궤도 데이터 수집에 적극 참여하게 되었습니다. 우주비행사들은 폭풍, 화재 등 재해를 진행 과정에서 촬영해 구름 덮개, 홍수, 지형 변화를 기록합니다. ISS에 장착된 번개 이미지 센서도 번개 분포와 변동성을 감지해 악천후 예보 개선에 기여합니다. 이런 데이터는 지구에서 얻을 수 없는 시각으로 재해에 더 정보에 입각한 대응을 가능케 합니다.

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