우주 생물재생 생명 유지 시스템의 초석이 되는 식물 및 미생물 과학 및 기술

Jul 29, 2023

npj 미세중력 9권, 기사 번호: 69(2023) 이 기사 인용

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장기적인 인간 우주 탐사 임무에는 자원을 생산하고 재활용할 수 있는 환경 제어와 폐쇄형 생명 유지 시스템(LSS)이 필요하므로 여행 중과 궤도/행성 정거장 모두에서 가혹한 우주 환경에서 인간 생존에 필요한 모든 필수 대사 요구를 충족합니다. 이는 임무가 지구에서 멀어짐에 따라 점점 더 필요해질 것이며, 그에 따라 지구에서 자원을 재공급하는 기술적, 경제적 타당성이 제한될 것입니다. 생물학적 요소를 최첨단(주로 비생물적) LSS에 추가로 통합하여 생물학적 재생 LSS(BLSS)로 이어지는 것은 추가적인 자원 회수, 식량 생산 및 폐기물 처리 솔루션을 위해 필요하며 보다 자립 가능한 임무를 가능하게 합니다. 달과 화성에. 저궤도(LEO)에서 인간의 존재를 유지하고 환경 제어, 공기 재생, 폐기물 관리, 물 공급, 식량 생산, 객실/서식지 가압, 방사선 보호 등 달이나 화성에 성공적으로 정착하는 데 중요한 모든 기능이 있습니다. , 에너지 공급 및 운송, 통신 및 레크리에이션 수단. 이 논문에서 우리는 공기, 물, 식량 생산, 폐기물 관리에 초점을 맞추고 방사선 보호 및 레크리에이션의 일부 측면을 다룹니다. 우리는 기존 지식에 대해 간략하게 논의하고, 열린 격차를 강조하며, 지구에 가능한 이익을 가져오는 유인 우주 탐사 목표를 달성하기 위해 단기, 중기, 장기적으로 가능한 미래 실험을 제안합니다.

폐쇄형(또는 통제형) 생태적 생명 유지 시스템(CELSS)이라고도 불리는 생물 재생 생명 유지 시스템(BLSS)의 개념은 1960년대 인간의 우주 탐사 시대가 시작된 이래로 탐구되어 왔습니다1. 폐쇄 및 반폐쇄 루프 BLSS는 여러 수준의 영양 연결이 먹이사슬에서 바이오매스 순환을 보장하는 생태 네트워크 개념을 기반으로 합니다. 따라서 BLSS는 폐기물이 다른 구획의 필수 자원을 나타내는 유기체를 기반으로 하는 여러 개의 상호 연결된 구획으로 구성됩니다(그림 1). 이러한 시스템은 생물학적 '생산자'(예: 식물, 미세조류, 광합성 박테리아), '소비자'(즉, 선원), 폐기물 '분해자 및 재활용자'(예: 발효 및 질산화 박테리아)의 세 가지 주요 유형으로 구성됩니다. 몇 가지 대체 생물학적 요소가 수년에 걸쳐 제안되었습니다. 예를 들어, 추가 단백질을 제공하기 위해 동물 구획(예: 곤충, 물고기 포함)이 제안되었습니다3. 몇몇 대규모 지상 기반 시연자들은 러시아의 BIOS-1, 2, 3, 3M, 미국의 Biosphere 2, 폐쇄형 생태학 실험 시설(CEEF)과 같이 인간이 루프에 참여하는 폐쇄 루프 BLSS를 테스트했습니다. 일본에서는 Lunar Palace 1, 중국에서는 Lunar Palace 1이 있습니다. 남극 대륙의 다른 시설에서는 Concordia 스테이션의 중수 재활용이나 Neumayer Station III의 EDEN ISS(국제 우주 정거장) 모바일 테스트 시설 내 식품 생산과 같은 독립적인 BLSS 기능을 테스트했습니다. 또한 NASA의 달-화성 생명 유지 시스템 테스트 프로젝트 내에서 성장실은 91일 동안 4명의 승무원의 공기 재생 및 식량 요구 사항에 기여했습니다4. 러시아의 MARS500 및 SIRIUS, NASA JSC의 HERA 및 LMLSTP, KSC의 바이오매스 생산 챔버, 유타의 MDRS 및 미국 하와이의 HI-SEAS와 같은 기타 시설에서는 다양한 수준의 복잡성을 지닌 아날로그 임무 테스트 구획 또는 그 부품을 활성화했습니다4, 5,6. 이러한 지상 기반 실증기는 통제된 재배실, 식품 생산 시스템 및 생물학적 폐기물 관리를 위한 특정 기술을 테스트하는 데 사용되었습니다. 이러한 테스트 시설 중 일부는 생리적, 심리적 문제 측면에서 고립된 승무원에 대한 감금의 영향을 평가하고 식물의 존재로 인한 완화 효과(예: 신선한 음식에 대한 접근, 정원 가꾸기)를 평가하는 데에도 사용되었습니다. 레크리에이션)7,8.