우주에서 신선한 음식을 먹고 싶으신가요? NASA의 LED 활용

우주 공간에서 식물은 다소 믿기지 않지만, NASA는 이를 중요한 주제로 간주하고 있으며 우주 비행사도 마찬가지입니다. 우리에게 잘 알려진 우주비행사용 건조식 “튜브 음식”은 60년대 달을 여행할 때 우주비행사가 먹던 음식과는 다른, 영양을 강화해 훨씬 개선된 버전이며, 앞으로도 당분간 계속 이용될 것으로 보입니다(그림 1). 이 음식은 우주에서, 아마도 2030년대로 예상되는 화성 여행에서도 주 영양 공급원으로 사용될 것이므로 맛이 있었으면 하는 바람입니다. 그때쯤이면 더 많은 개선이 이루어지고 가능한 대체 음식도 많을 것입니다.

그림 1: 60년대 이래로 기존의 우주비행사용 건조식 “튜브 음식”은 계속 개선되었지만 우주에서 LED를 이용한 신선한 채소 재배에 관한 연구가 이루어질 전망입니다. (이미지 출처: NASA)

우주식의 미래를 엿보기 위해 플로리다에 있는 NASA 케네디 우주 센터의 “VEGGIE” 연구소를 방문해 우주 요리의 최근 개발 상황을 확인했습니다. 그곳에서 ISS(국제 우주 정거장)에서의 채소 재배 프로젝트인 NASA VEGGIE 프로그램을 이끄는 생명과학 프로젝트 과학자 Gioia Massa 박사의 환대를 받았습니다(그림 2).

그림 2: NASA에서는 케네디 우주 센터(KSC)에서 Gioia Massa 박사(오른쪽) 주도로 “VEGGIE” 프로그램을 진행하고 있습니다. 이 프로그램은 ISS에서 진행 중인 채소 재배 프로그램입니다. (이미지 출처: Loretta Taranovich)

우주에서 채소를 재배하는 이유와 방법

말씀드린 대로 우주비행사는 계속 튜브를 통해 식사할 것입니다. 하지만 머지않아 갓 재배한 상추처럼 신선하고 친숙한 음식도 먹을 수 있을 것입니다. 이건 중요한 사실입니다. 우주비행사의 이야기에 따르면, 신선한 것을 먹는 작은 호사로움으로도 친숙한 음식의 모양, 느낌 및 향을 느끼게 해주어 식사 만족도를 크게 높인다고 합니다.

우주에서 신선 채소를 재배하기 위해 NASA에서는 보통 LED를 사용합니다(그림 3). LED는 식물 성장에 도움이 되는 다양한 파장의 스펙트럼으로 농축된 에너지를 제공할 수 있어서 이런 상황에서 유용합니다. 또한 LED는 열을 거의 생성하지 않아 작은 공간에서 식물 옆에 둘 수 있습니다.

그림 3: NASA 연구소에서는 LED 조명이 우주에서 왕성한 식물 성장을 위한 최적의 광원이라고 결론 내렸습니다. (이미지 출처: Loretta Taranovich)

인공 조명은 지구에서의 식물 재배에도 오랫동안 이용되고 있지만 우주에서의 식물 재배는 훨씬 까다롭습니다. 우주에서는 태양과 바람을 본떠서 인공 조명과 팬을 “적절히” 설치해야 합니다. 또한 우주 여행에서 신뢰도과 내구성도 중요하기 때문에 화성 탐사와 같은 장기 우주 미션에는 LED가 적격입니다.

다른 LED 파장의 역할

LED의 특정 파장은 다음과 같이 각기 다른 이점을 제공합니다.

빨간색(630nm ~ 660nm): 줄기 성장 및 잎 팽창에 필수적이며, 개화, 휴면기 및 발아 시기도 조절합니다.

파란색(400nm ~ 520nm): 빛에 과다 노출되면 특정 식물 종의 성장이 방해를 받을 수 있으므로 이 파장은 다른 스펙트럼의 빛과 신중하게 혼합해야 합니다. 파란색 범위의 빛은 식물에 있는 엽록소 함량과 잎 두께에도 영향을 줍니다.

녹색(500nm ~ 600nm): 한때는 식물에 필요 없는 것으로 간주되었지만, 최근 연구에 따르면 이 파장이 두꺼운 위쪽 임관층을 뚫고 들어가 아래쪽 잎을 부양합니다.

원적색(720nm ~ 740nm): 이 파장도 빽빽한 위쪽 임관층을 통과해 아래쪽 식물 성장에 도움을 줍니다. 또한 적외선 노출은 식물의 개화 시간을 단축합니다. 원적색 광의 또 다른 이점으로 이 파장에 노출된 식물은 이 스펙트럼의 빛에 노출되지 않은 식물보다 잎이 더 큰 경향이 있습니다.

NASA 과학자들은 LED 어레이에 흰색 LED 빛을 포함하면 실내에서 재배되는 식물이 우주에서의 건강, 성장 및 작황을 최적화하는 데 필요한 광합성 유효 복사가 온전히 이루어진다는 점도 확인했습니다.

OSRAM은 우주에서의 식물 재배 구상과 관련해 이미 NASA와 긴밀하게 협력하고 있습니다. OSRAM의 Phytofy LED 조명 시스템은 UV에서 원적색에 이르는 다양한 파장으로 이루어진 유일무이한 조정형 LED 원예 조명 시스템으로 개별 채널용 실시간 제어와 예약 기능을 제공합니다(그림 4). 이 제어 시스템은 원예 연구를 위해 다양한 스펙트럼, 파장 및 강도의 광선 조사를 제공하도록 설계되었습니다. Phytofy는 식물 관련 광선 처방을 연구 개발하기 위한 최고의 선택입니다. 그래픽 사용자 인터페이스를 통해 빛을 제어할 수 있습니다. 이 시스템 덕분에 NASA에서는 식물의 성장과 건강을 극대화하기 위한 최적의 LED 조명 색, 기간 및 강도를 찾아 우주에 적합한 LED 특성을 세밀하게 조정할 수 있습니다.

그림 4: OSRAM은 식물 성장을 위한 최적의 LED 색, 기간 및 강도를 결정하는 Phytofy 시스템을 공급하여 NASA와 협력하고 있습니다. (이미지 출처: NASA)

NASA 연구는 대부분은 여기 지구에서 수행되고 있지만 최종 테스트를 위해 LED를 ISS로 보냈습니다. 궁극적으로 상용 등급의 LED로도 다양한 회사에서 우주용으로 승인받을 수 있습니다.

우주에서 물주기

물론 식물은 물이 필요합니다. 이를 위해 각 식물 종자를 개별 “뿌리 매트” 또는 “필로우”에 넣고 물을 따로 공급합니다(그림 5). 각 필로우 내부는 우주에서 식물을 재배하는 데 가장 적합한 것으로 알려진 고체 성장 기질인 아실라이트(arcillite)가 있습니다. 아실라이트 발근상을 유지하기 위해 발포 패드를 사용했으며, 발근상은 뿌리가 의도치 않게 LED 조명 쪽으로 자라지 않도록 하는 데도 도움이 됩니다.

그림 5: 식물의 물 공급 시스템을 설치하는 Massa 박사 (이미지 출처: Loretta Taranovich)

성장 주기 전체에 걸쳐 물과 성장 상태를 모니터링하고, 채소를 수확하면 성장 주기가 다시 시작됩니다.

결론

우주는 최상의 상황인 경우에도 이미 험난한 환경이므로 좀 더 편안한 환경을 만들고자 NASA가 수행하는 모든 일은 앞으로 지구에서 더 멀리 모험을 떠날 차세대 우주비행사에게 감사한 일임은 분명합니다. OSRAM과 같은 회사와 협력한다면 NASA의 식물 과학자가 우주에서 식물을 재배할 수 있는 날이 올 것 같습니다. 원대한 계획에 비할 때는 작은 일처럼 보일 수도 있지만 이번 도전은 최후의 개척지로 가는 용감한 탐험가에게 대단히 필요한 음식의 영양, 맛, 감각을 제공할 것입니다.

개인적으로 다음 단계의 우주 음식이 너무나 기대됩니다. 피자가 아닐까요?