地球低軌道を超えた持続可能な宇宙探査のための微生物の応用

npj 微小重力 9 巻、記事番号: 47 (2023) この記事を引用

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国際宇宙ステーションの建設により、人類は 22 年間にわたって宇宙で生活し、働き続けてきました。 宇宙や地球上のその他の極限環境での微生物の研究では、細菌や菌類が「通常」の条件に比べて適応し、変化する能力があることが示されています。 これらの変化の中には、バイオフィルムの形成など、宇宙飛行士の健康や宇宙船の健全性に悪影響を与えるものもありますが、プラスチックの劣化傾向など、宇宙での自給自足や持続可能性を促進するものもあります。 次の宇宙探査時代が到来し、今後 10 年以内に月と火星への有人飛行が予定されており、微生物学の研究を計画、意思決定、ミッション設計に組み込むことが、長期にわたる計画の成功を確実にするために最も重要になります。ミッション。 これらには、感染症、免疫システムの機能不全、骨の劣化から守るための宇宙飛行士のマイクロバイオーム研究や、微生物を組み込んで放射線遮蔽物として機能させ、電気を生成し、生鮮食品や生物のリサイクルのための堅牢な植物の生息環境を確立する生物学的現場資源利用（bisru）研究が含まれます。無駄。 このレビューでは、生物再生生命維持システムにおける微生物の有益な利用、biSRU への適用可能性、およびバイオテクノロジー宇宙用途向けに遺伝子操作できる微生物の能力に関する情報が提示されます。 さらに、微生物や微生物群集が長期の宇宙旅行に与える可能性のある悪影響について議論し、その影響を軽減するための緩和戦略を提供します。 微生物の限界を理解しつつ微生物の利点を活用することは、宇宙をさらに深く探索し、月、火星、そしてその先で持続可能な人類の生息地を開発するのに役立ちます。

米国航空宇宙局 (NASA) は、今後 2 年以内に人類を月に帰還させ、2033 年までに最初の人類を火星に着陸させることを約束しています。地球低軌道 (LEO) を越えた旅は、人類の文明を拡大し、将来の宇宙居住を可能にします。 、私たちの惑星と太陽系の進化に関する科学的知識を提供し、さらなる宇宙探査を目指して世界的なパートナーシップを構築します1,2。 アルテミス計画では、有人月面飛行が 2024 年 (アルテミス II)、続いて 2025 年に月面着陸 (アルテミス III) が予定されており、これは 1972 年のアポロ時代の終焉以来初めてであり、最終的には月面での持続可能な存在となる。この10年の終わり3. アルテミス計画の成功には、宇宙飛行士が生活して研究を行うと同時に、月面での長期にわたる遠征をサポートする軌道プラットフォームであるゲートウェイが不可欠です。 アルテミス計画は、月の南極にベースキャンプを設置し、火星への有人ミッションの足がかりとなる。 月面基地での研究開発は、将来の火星ミッションのプロトタイプとして機能し、NASA は地球外の不利な環境での長期有人探査のベストプラクティスを確立できます4。

打ち上げ後数時間以内に地球から定期的に補給を受ける国際宇宙ステーション（ISS）の運用とは異なり、深宇宙ミッションでは地球から独立した自給自足性と持続可能性が求められます。 これには、再生可能資源の利用、廃棄物のリサイクル、発電、長期間/無期限にわたる食料、水、酸素の継続的な供給が含まれます。 月はLEOを越えた最短距離にあり、深宇宙環境はアルテミスプログラムの下で実施されるユニークな研究の機会を提供します。 月周回船ゲートウェイは、太陽エネルギーを利用して宇宙船を推進し、動力を供給する動力・推進要素、居住区および研究作業場として機能する居住および物流前哨基地、および宇宙船用のドッキングポートを利用して、ISSと同様に機能します。オリオン座と同様に、宇宙飛行士を深宇宙との間で輸送するこの種の宇宙船は初めてとなる5,6。 ISS と地球周回衛星は再生可能な電力資源として太陽エネルギーを利用していますが、火星のようなより遠い前哨基地では、太陽からの距離、角度、天候 (砂嵐など) などの他の要因がエネルギー効率に影響します。太陽電池アレイによって提供されます7。 NASA のインサイトミッションも同様で、最近の火星の砂嵐によりソーラーパネルに塵が蓄積し、十分な太陽光が届かなくなり、着陸船はバッテリーを節約する「セーフモード」にせざるを得なくなりました8。 帯電した月の塵が月着陸船の太陽電池パネルに付着したために、アポロ計画でも同様の塵被りの問題が発生しました9,10。 ISS に頻繁に送られる貨物のような補給貨物は高価であり、長期の宇宙ミッションには実行不可能である可能性があります (火星に到着するまでに最大 7 か月かかります)。 したがって、月や火星のような地球外の前哨基地での食料と酸素の生産の自立は非常に重要です11。 さらに、地球と火星の間の通信遅延は、惑星の位置に応じて 5 ～ 20 分の範囲となる可能性があります12。 貨物補給任務の欠如や通信の遅延は、人間の健康関連の緊急事態に悪影響を与える可能性があるため、乗組員が健康リスクの予防と治療を自力で行うことが不可欠となっています。 したがって、アルテミスと火星の探査ミッションに先立って、深宇宙で実行可能な限りある資源と人間の健康リスクに対処する解決策を確立する必要があります。 これは、人間の健康13、14、15、16、農業17、食料生産18、19、20、生態系21、22、23、24、25、構築された環境26、27にとって重要な微生物の利用と工学を通じて達成できる可能性があります。 図 1 は、深宇宙探査において微生物が果たせるさまざまな役割の概要を示しています。