May 24,2019

화성 가는 우주비행사 ‘동면’ 가능할까?

동면 장점 많아 ‘합성 동면 약’ 개발 관심 모아져

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SF 영화에는 흔히 우주비행사들의 동면(hibernation) 장면이 등장한다. 목적지에 도착할 때까지 동면 캡슐에 들어가 잠을 자는 것이다.

동면은 장기 우주여행의 지루함을 달래기 위한 목적도 있겠으나,  우주인들이 먹고 마시는 식량과 물, 산소 등을 절약하는 방편이기도 하다. 화물 적재를 줄이면 로켓 연료 소비를 줄여 좀더 긴 거리를 여행할 수 있다.

미국 항공우주국(NASA)도 민간회사인 스페이스웍스(SpaceWorks)에 자금 지원을 하며 장기 우주비행에서의 동면을 연구하고 있다.

장기 유인 우주여행의 첫 번째 목적지로 꼽히는 곳은 화성. 인간이 지구 외 행성에 식민지를 건설한다면 1차적으로는 달, 다음으로 화성이 될 것으로 보인다. NASA는 빠르면 2030년대에 네 명이 탑승하는 오리온 우주선을 화성에 보낸다는 계획을 세워놓고 있다.

지구에서 화성까지의 거리는 5600만㎞~1억100만㎞로, 공전궤도에 따라 다르다. 현재 로켓기술로는 화성 표면에 착륙할 때까지 8개월 정도가 걸린다.

이 8개월 동안 우주비행사들이 좁은 우주선 안에서 어떻게 정신적, 육체적으로 건강하게 지내느냐도 중요한 과제다.

동면에 들어가 우주인 상상도. Artwork by Mark Elwood | Copyright 2014 | SpaceWorks Enterprises, Inc.

동면에 들어간 우주인 상상도. Artwork by Mark Elwood | Copyright 2014 | SpaceWorks Enterprises, Inc.

합성 토퍼 개발에 높은 관심”

지난 27일 미국 뉴올리언즈에서 열린 미국생리학회(APS) 비교생리학 학술대회(주제: 복잡성과 통합) 심포지엄에서도 우주비행 시의 인체 건강을 위한 동면(hibernation)과 관련 과정에 대한 논의가 있었다.

먹을 것이 부족하고 기온이 낮을 때 몇몇 동물들은 동면에 들어간다. 동면하는 동안에는 신진대사가 낮아져 토퍼(torpor)라 불리는 일종의 휴면 혹은 무기력상태가 지속된다. 체온을 주변 대기온도 바로 위까지 떨어뜨려 에너지를 보존하는 것이다.

과학자들은 포유류들이 동면을 통해 어떻게 장기간 동안 체온과 대사를 낮추는지를 연구하면 사람의 뇌졸중과 심장마비 및 심한 혈액 손실 같은 외상 치료에 도움을 얻을 수 있을 것으로 보고 있다.

심포지엄 공동주재자인 미국 위스컨신대 수의대 한나 캐리(Hannah Carey) 박사는 “인간은 자연적으로 토퍼 상태에 들어갈 수 없지만 우주비행을 비롯해 특별한 상황에서 ‘합성(synthetic)’ 토퍼를 만들어내는 방법에 대해 과학자들이 관심을 기울이고 있다”고 말했다.

같은 대학 매튜 리건(Matthew Regan) 박사는 “합성 토퍼는 우주비행사의 건강을 보호하고 우주선의 무게와 크기, 출력량을 줄일 수 있는 효과도 있다”고 설명했다.

영화 마션의 한 장면. NASA는 2030년대에 화성에 유인 우주선을 발사할 계획이다. 이때 우주비행사의 '동면'을 활용할지의 여부도 관심사의 하나다.

영화 마션의 한 장면. NASA는 2030년대에 화성에 유인 우주선을 발사할 계획이다. 이때 우주비행사의 ‘동면’을 활용할지의 여부도 관심사의 하나다. 인터넷 캡처

동면하는 동물의 저항성 활용

동면에 들어가는 동물들은 혈행 부족으로 발생할 수 있는 여러 손상에 자연적인 저항성을 보인다. 또 방사선 손상에도 강하다.

과학자들은 심우주 여행에서의 동면에 이 같은 저항성을 활용하면 인간에게 유익할 것이라는 생각을 가지고 있다.

NASA 에임즈(Ames) 연구센터 유리 그리코(Yuri V. Griko) 박사와 위스컨신대 매튜 리건 박사는 ‘우주 연구에서의 생명과학’지 2018년 2월호에 심우주 비행에서 실험동물을 안전하고 실용적으로 운반하는 방법으로 합성 토퍼(Synthetic torpor)를 제안한 바 있다.

이들은 “합성 토퍼 유도시스템이 동물의 건강에 대한 부정적인 영향을 줄이고, 장기간 임무수행을 하는 우주비행사들에게 적용할 수 있는 시스템의 테스트 베드 역할을 할 것”이라며, “아직은 초기단계이나 실용적인 아이디어로서 우주비행에 실질적인 이익을 준다는 충분한 증거가 있다”고 밝혔다.

신진대사를 늦추면 근육 위축과 뼈의 약화, 미소 중력에서의 뇌압 문제 그리고 방사선으로부터의 방호도 가능하다는 연구가 나와 있다.

우주선 안에서 여러 명이 동면에 들어갈 수 있는 장치 상상도.  Artwork by Mark Elwood | Copyright 2014 | SpaceWorks Enterprises, Inc.

우주선 안에서 여러 명이 동면에 들어갈 수 있는 장치 상상도. Artwork by Mark Elwood | Copyright 2014 | SpaceWorks Enterprises, Inc.

체온 5도 낮춰 1회 14일 간 동면”

CINET은 지난 4일자 화성여행에서의 동면 계획에 관한 기사에서 스페이스웍스사가 NASA로부터 두 차례 연구자금을 받아 실제 우주 탐사에서 동면의 타당성을 탐구하고 있다고 보도했다.

NASA우주비행사였던 존 브래드포드(John Bradford) 스페이스웍스 사장은 CINET과의 인터뷰에서 “14일 정도의 시간이라면, 높은 신뢰성을 가지고 동면을 유지할 수 있다”라고 밝혔다.

2주 동안 몸의 핵심 온도를 섭씨 5도 낮추게 되는데, 이같이 체온을 낮추면 토퍼 상태를 유도해 몸의 대사율이 50~70%까지 떨어지게 된다. 이렇게 되면 산소나 다른 자원 소비도 자연히 줄어들어 마치 곰이 동면할 때 일어나는 현상과 유사하게 된다는 것.

브래드포드에 따르면 동면 14일 뒤에는 잠자는 우주비행사의 몸을 따뜻하게 데워 깨운 다음, 이틀 동안 몸을 회복시키고 다시 동면에 들어가게 된다. 목적지에 도달할 때까지 이 과정이 반복된다.

화성까지 가는 8개월 동안 15회 동면”

브래드포드도 일런 머스크와 같이 화성식민지 건설에 찬성하고 있다. 화성에 거주시설을 건설하기 위해서는 한꺼번에 수백명을 우주선에 태워보내야 하며, 이렇게 하기 위해서는 동면 방법이 해결책이라는 주장이다.

그러면 신체 온도를 고통 없이 어떻게 낮출 수 있을까. 이를 위해서는 새로운 약제 개발이 필요하다고 보고 있다. 그리고 그런 약을 먹고 동면 상태에 들어갔을 때 인체에서는 어떤 일이 일어나는지도 정확히 파악해야 한다.

스페이스웍스의 해당 프로젝트 메디컬팀 리더인 더그 터크(Doug Talk) 박사는 “동면 기술은 생물학적 타당성이 있고, 인간이 우주여행을 하는데 실제 도움이 된다”고 말했다.

이 기술이 실용화되면 화성까지 가는 8개월 동안 우주비행사들은 15회 정도 동면에 들어가게 된다. 그리고 그 사이에 몇 주 정도 깨어서 교대로 업무를 볼 수도 있을 것이다.

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