생명 유지 시스템

생명 유지 시스템(ECLSS, Environmental Control and Life Support System)은 우주인이 우주 환경에서 생존할 수 있도록 공기·물·온도·방사선 등을 관리하는 핵심 시스템입니다. 이 시스템의 신뢰성은 곧 우주인의 생명과 직결됩니다.

6.1 대기 관리 — 산소 공급과 CO₂ 제거

대기 조성 유지

우주선 내부는 지구와 유사한 대기 조성을 유지해야 합니다.

ISS 내부 대기 목표 조성:
질소(N₂):    78.09%
산소(O₂):    20.95%
이산화탄소:   0.04% 이하 (중요 — 누적 시 독성)
기압:        101.3 kPa (해수면 기준)
온도:        18~27°C
습도:        25~75%

산소 공급 방법

전기분해 방식 (OGS, Oxygen Generation System): 물(H₂O)을 전기분해하여 산소를 생산합니다.

2H₂O → 2H₂ + O₂
수소는 이산화탄소와 반응시켜 물로 회수 (사바티에 반응)
CO₂ + 4H₂ → CH₄ + 2H₂O

화학 산소 발생기 (비상용): 퍼클로르산나트륨(NaClO₄) 연소로 산소를 발생시킵니다. 비상탈출용 우주복과 비상 대비에 사용됩니다.

CO₂ 제거

인간은 1인당 하루 약 1kg의 CO₂를 배출합니다. 우주선 내에 CO₂가 누적되면 두통·의식 저하·사망으로 이어집니다.

방식	원리	용도
리튬 수산화물 필터	CO₂ + 2LiOH → Li₂CO₃ + H₂O	단기 임무, 비상용
분자체 흡착 (CDRA)	제올라이트로 CO₂ 흡착·방출	ISS 주 시스템
사바티에 반응기	CO₂를 CH₄+H₂O로 전환	ISS 물 회수 연계

6.2 수자원 순환 시스템

ISS의 물 재활용 시스템 (WRS)

ISS에서는 소변, 땀, 호기 수분, 세수 폐수를 정제하여 식수로 재활용합니다. 재활용률은 약 90% 이상입니다.

ISS 물 순환 흐름:
소변 → 소변 처리 장치(UPA) → 증류·정제 → 식수
습기(호기·땀) → 수분 응축기 → 정제 → 식수
식수 → 음용·요리·전기분해(산소 생산)

정수 과정:

다중 필터(이물질 제거)
촉매 산화 반응기(유기물 분해)
이온 교환 수지(미네랄 제거)
요오드 첨가(살균)

화성 탐사처럼 지구에서 보급이 불가능한 장기 임무에서는 99% 이상의 물 재활용이 필수입니다.

6.3 식량 공급 — 동결건조 식품과 우주 농업 연구

현재 우주 식품

우주 식품은 무중력 환경에서 먹기 쉽고, 오래 보관 가능하며, 부스러기가 생기지 않아야 합니다.

형태	설명	예시
동결건조	물만 추가하면 즉시 섭취	라면, 스크램블드에그
열안정화	고온 처리로 장기 보관	과일, 육류
자연상태	특별 처리 없이 섭취	견과류, 그라놀라 바
재수화 음료	분말에 물을 섞어 마심	주스, 커피

ISS 식사 현황

하루 식사: 3끼 + 간식
칼로리:    약 2,000~2,500kcal
물 사용량: 하루 약 1.8L (식사·음용 합산)
신선 식품: 화물선 도착 후 첫 며칠간 과일·채소 공급

우주 농업 연구

장기 화성 탐사에서는 지구에서 식량을 가져오는 것이 불가능에 가깝습니다.

VEGGIE 실험 (ISS): ISS의 소형 식물 재배 장치로 상추, 케일, 바질 등을 성공적으로 재배했습니다. 2015년 우주에서 재배한 상추를 우주인이 직접 먹은 첫 사례가 기록되었습니다.

화성 토양 식물 재배 연구: 화성 토양에는 과염소산염이 포함되어 있어 정제 없이는 직접 농사를 짓기 어렵습니다. 퍼클로레이트를 제거하는 박테리아 처리와 수경재배 연구가 진행 중입니다.

6.4 방사선 방호

우주 방사선은 지구 자기장의 보호 밖에서 우주인의 건강에 가장 큰 위협 중 하나입니다.

우주 방사선의 종류

종류	출처	특징
태양 입자 이벤트(SPE)	태양 플레어	수 시간 내 치명적 선량 가능
은하우주선(GCR)	은하계	지속적·투과력 높음
밴앨런대	지구 자기장 포획	LEO 이탈 시 집중 노출

방사선 노출 기준

지구 지표면:     약 2.4mSv/년
ISS 승무원:      약 150~200mSv/6개월
화성 왕복 여행:   약 660mSv (총 노출)
암 발생 위험 기준: 1Sv (1,000mSv) 이상

NASA 기준: 경력 피폭 한도 — 암 사망 위험 3% 이하

방호 방법

수동 차폐: 폴리에틸렌, 물, 식량 저장 벽면 등 수소 풍부 재료 활용
경보 시스템: 태양 플레어 감지 시 방사선 대피 구역으로 이동
임무 설계: 태양 활동 극소기에 임무 배치
의약적 대응: 방사선 방호 약물 연구 진행 중

6.5 미세중력 대응

우주 비행 중 지속적인 자유낙하 상태(미세중력)는 인체에 다양한 생리적 변화를 일으킵니다.

미세중력이 신체에 미치는 영향

신체 부위	변화	시간 척도
뼈	골밀도 1~2%/월 감소	수주 내 시작
근육	하체 근육량 급격 감소	수일~수주
심혈관	심장 위축, 체액 상체 쏠림	수일 내 시작
전정 기관	우주 멀미, 방향 감각 혼란	초기 2~3일 가장 심함
시력	안압 상승으로 시력 저하	장기 체류 시

대응 운동 프로토콜

ISS 우주인은 하루 2.5시간의 운동이 의무입니다.

운동 장비:
TVIS (트레드밀):   하체 근력·심폐 유지
ARED (저항 운동기): 근력 운동 (스쾃, 데드리프트 등)
CEVIS (사이클):   심폐 기능 유지

목표: 착륙 후 1~2주 내 지구 생활 복귀

인공중력 연구

장기 화성 탐사에서는 회전형 우주선으로 원심력을 이용한 인공중력 제공이 연구되고 있습니다.

인공중력 원리:
회전 반지름 R, 각속도 ω일 때
인공중력 a = ω² × R

화성 중력(0.38g) 구현:
R = 100m, ω = 0.6 rad/s (약 5.7 RPM)

참고: NASA Life Support Systems — https://www.nasa.gov/eclss