바이오 센티넬
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1. 개요
바이오센티넬은 2020년 우주 발사 시스템(SLS)의 첫 번째 미션인 아르테미스 1호에 탑재될 탐사선 중 하나로 선정된 우주선이다. 이 임무는 아폴로 17호 이후 처음으로 지구 생명체를 지구 밖에서 실험하는 것으로, 효모를 사용하여 우주 방사선이 생명체에 미치는 영향을 장기간 동안 측정하고 상관관계를 파악하는 것을 목표로 한다. 바이오센티넬은 6U 큐브위성 형태로, 3D 프린팅 기술을 활용한 자세 제어 시스템과 30와트 정격의 태양 전지판, X-밴드 통신 시스템을 갖추고 있다. NASA 에임스 연구 센터(AMR)를 중심으로 개발되었으며, 국제 우주 정거장(ISS) 및 지상에서 수행되는 유사한 실험과의 비교를 통해 심우주 방사선의 생물학적 영향을 평가할 예정이다.
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| 바이오 센티넬 | |
|---|---|
| BioSentinel 개요 | |
 | |
| 임무 유형 | 우주생물학, 우주 의학 |
| 운영 기관 | NASA |
| COSPAR ID | 2022-156F |
| SATCAT | 55906 |
| 웹사이트 | BioSentinel NASA 웹사이트 |
| 임무 기간 | 18개월 (예정), (진행 중) |
| 우주선 정보 | |
| 우주선 이름 | BioSentinel |
| 우주선 종류 | 6U 큐브위성 |
| 버스 종류 | 6U 큐브위성 |
| 제작사 | NASA / Ames Research Center |
| 크기 | 10 cm × 20 cm × 30 cm |
| 전력 | 30 W (태양 전지판) |
| 발사 정보 | |
| 발사일 | 2022년 11월 16일, 06:47:44 UTC |
| 발사 로켓 | SLS Block 1 |
| 발사 장소 | KSC, LC-39B |
| 발사 계약자 | NASA |
| 궤도 정보 | |
| 기준 궤도 | 태양 중심 궤도 |
| 궤도 원점 | 태양 |
| 통신 정보 | |
| 통신 대역 | X-band |
| 기타 정보 | |
2. 역사
2020년, 바이오센티넬은 우주 발사 시스템(SLS)의 첫 번째 미션인 아르테미스 1호(EM-1)에 탑재될 탐사선 중 하나로 선정되었다.[20][21] 아폴로 17호 이후 처음으로 지구 생명체를 지구 밖에서 실험하고 보유하는 미션으로 기록되었다.[21]
바이오센티넬의 주요 목표는 간단한 모델 유기체인 효모를 사용하여 우주 방사선이 생명체에 미치는 영향을 장기간 동안 지구 저궤도 (LEO) 너머 헬리오 중심 궤도에서 감지, 측정 및 상관관계를 파악하는 바이오센서를 개발하는 것이다. 시뮬레이션을 통해 진전이 있었지만, 지상의 어떤 실험실도 독특한 우주 방사선 환경을 재현할 수 없다.[3][4]
바이오센티넬은 효모를 사용하여 우주방사선이 생명체에 미치는 영향을 장기간 동안 지구 저궤도 (LEO) 너머 헬리오 중심 궤도에서 감지, 측정 및 상관관계를 파악하는 바이오센서를 개발하는 것을 주요 목표로 한다.[3][4] 지상의 실험실에서는 우주 방사선 환경을 완벽하게 재현할 수 없기 때문에, 효모를 우주 방사선에 노출시켜 실시간으로 효모 상태를 확인하는 방법을 통해 우주방사선이 생물에 미치는 영향을 탐사한다.[3][4][21]
이 우주선은 1972년 아폴로 17호 이후 NASA가 살아있는 유기체를 저궤도 너머로 보낸 최초의 임무로서 달 궤도에 배치되었다.[7]
3. 생물학적 연구
바이오센티넬 바이오센서는 출아 효모 ''사카로미세스 세레비지에''를 사용하여 심우주 방사선 환경에 노출된 후 DNA 손상 반응을 감지하고 측정한다.[8] 이 임무를 위해 야생형 균주(DNA 복구에 능숙함)와 DNA 이중 가닥 절단 (DSB, 이온화 방사선에 의해 생성되는 유해 병변) 복구에 결함이 있는 균주, 두 가지 효모 균주가 선택되었다. 출아 효모는 우주 비행 유산뿐만 아니라, 특히 DSB 복구 메커니즘에서 인간 세포와 유사하다는 점 때문에 선택되었다.[2] 바이오센서는 유전자 변형 생물체인 특별히 설계된 효모 균주와 대사 지표 염료가 포함된 배양 배지로 구성된다. 따라서, 효모 세포의 배양 성장과 대사 활성은 DNA 손상의 성공적인 복구를 직접적으로 나타낸다.[2][4]
달 통과 및 우주선 점검을 완료한 후, 과학 임무 단계는 특수 배지가 채워진 첫 번째 효모 함유 웰 세트를 습윤시키는 것으로 시작된다.[4] 18개월 임무 기간 동안 여러 세트의 웰이 서로 다른 시점에 활성화될 것이다. 한 세트의 예비 웰은 태양 입자 사건 (SPE) 발생 시 활성화될 것이다. 예상되는 총 흡수 선량 krad는 약 4~5 krad이다.[2][9] 탑재체 과학 데이터와 우주선 원격 측정 데이터는 기내에 저장된 후 지상으로 다운로드된다.[4]
생물학적 측정은 탑재된 선량계 선량계에서 제공하는 데이터와 비교될 것이다.
또한, 두 개의 동일한 바이오센티넬 탑재체가 개발되었다. 하나는 유사한 미세 중력 환경 조건이지만 비교적 낮은 방사선 환경에 있는 국제 우주 정거장 (ISS)용이며, 다른 하나는 지상 중력에서 지연 동기 지상 제어용으로 사용되며, 지구 자기장으로 인해 지구 표면 수준의 방사선 환경에서 사용된다. ISS 탑재체는 2022년 1월에 예열 및 재수화되었으며, 지구 표면 탑재체는 몇 주 후에 수행되었다. 이들은 심우주에서 방사선의 생물학적 영향을 지구 및 ISS에서 수행된 유사한 측정과 비교하는 데 도움이 될 것이다.[2][4]
3. 1. 실험 대상
실험에는 *사카로미세스 세레비지에(Saccharomyces cerevisiae)*라는 효모가 사용된다.[15][18][19][20] 이 효모의 DNA 수선 메커니즘은 인간 세포와 유사하고, 잘 연구되어 있기 때문에 연구 대상으로 선정되었다.[22] 특히 이중 가닥 절단(DSB) 복구 메커니즘에서 인간 세포와 유사하다는 점, 그리고 과거 우주 비행 실험 경험이 있다는 점이 고려되었다.[2]
바이오센티넬은 야생형 균주(DNA 복구 능력 정상)와 DNA 이중 가닥 절단(DSB) 복구에 결함이 있는 균주, 두 가지 효모 균주를 사용한다.[2] DNA 복구에 결함이 있는 균주는 이온화 방사선에 의해 생성되는 유해 병변을 복구하는 능력이 떨어진다.
유전자 변형 생물인 특별히 설계된 효모 균주와 대사 지표 염료가 포함된 배양 배지가 바이오센서에 사용된다.[2][4] 효모 세포의 배양 성장과 대사 활성은 DNA 손상의 성공적인 복구를 직접적으로 나타낸다.[2][4]
3. 2. 실험 방법
바이오센티넬 바이오센서는 특별히 설계된 유전자 변형 효모 균주와 대사 지표 염료가 포함된 배양 배지로 구성된다.[2][4] 야생형 균주(DNA 복구에 능숙함)와 DNA 이중 가닥 절단 (DSB, 이온화 방사선에 의해 생성되는 유해 병변) 복구에 결함이 있는 균주, 두 가지 효모 균주가 사용된다.[8] 출아 효모는 우주 비행 유산뿐만 아니라, 특히 DSB 복구 메커니즘에서 인간 세포와 유사하다는 점 때문에 선택되었다.[2] 효모 세포의 배양 성장과 대사 활성은 DNA 손상의 성공적인 복구를 직접적으로 나타낸다.[2][4]
과학 임무 단계는 특수 배지가 채워진 첫 번째 효모 함유 웰 세트를 습윤시키는 것으로 시작된다.[4] 18개월의 임무 기간 동안 여러 세트의 웰이 서로 다른 시점에 활성화된다.[2][4] 태양 입자 사건(SPE) 발생 시 활성화되는 예비 웰이 존재한다.[2][9] 예상되는 총 흡수 선량은 약 4~5 krad이다.[2][9] 탑재체 과학 데이터와 우주선 원격 측정 데이터는 기내에 저장된 후 지상으로 다운로드된다.[4]
생물학적 측정은 탑재된 선량계에서 제공하는 데이터와 비교된다.[2] 또한, 두 개의 동일한 바이오센티넬 탑재체가 개발되었는데, 하나는 국제 우주 정거장 (ISS)용이며, 다른 하나는 지상 제어용으로 사용된다.[2]
3. 3. 데이터 분석
생물학적 측정 데이터는 탑재된 선량계에서 제공하는 데이터와 비교 분석된다.[4][2] 또한, 국제 우주 정거장(ISS)에 설치된 동일한 탑재체와 지상 제어 탑재체를 이용한 비교 실험이 진행되어 심우주 방사선의 생물학적 영향을 더욱 정확하게 평가한다.[2][4] 국제 우주 정거장 탑재체는 2022년 1월에 예열 및 재수화되었으며, 지구 표면 탑재체는 몇 주 후에 수행되었다.[2]
4. 우주선 및 궤도
바이오센티넬 우주선은 6U 큐브위성 버스 형식을 갖추며, 외부 치수는 10cm × 20cm × 30cm이고 질량은 약 14kg이다.[2][3][4][10][11] 발사 시 바이오센티넬은 발사체의 2단계 안에 위치하며, 여기서 달 왕복 궤도로 배치된 후 지구를 따라가는 태양 중심 궤도로 진입한다.
전체 6 유닛 부피 중 4 유닛은 방사선량계와 각 웰에 대한 전용 3색 분광기를 포함한 과학 탑재체를 수용한다. 0.5U는 ADCS(자세 결정 및 제어 하위 시스템)를, 0.5U는 EPS(전력 시스템) 및 C&DH(명령 및 데이터 처리) 항공 전자를, 1U는 자세 제어 추력기 조립체를 수용하며, 이는 모두 3D 프린팅으로 제작된다. 이 조립체는 냉가스(듀폰 R236fa) 추진제 탱크, 라인 및 7개의 노즐을 포함한다. 3D 프린팅을 사용하면 추진제 저장 공간을 최적화하여 늘릴 수 있다(165g).[8][12] 각 노즐의 추력은 50 mN이며, 비추력은 31초이다.[12] 자세 제어 시스템은 조지아 공과대학교에서 개발 및 제작하고 있다.
전력은 30와트 정격의 전개식 태양 전지판에서 생성되며, 통신은 Iris 트랜스폰더를 X-밴드에서 사용한다.[2]
이 우주선은 NASA 에임스 연구 센터(AMR)가 NASA 제트 추진 연구소(JPL), NASA 존슨 우주 센터(JSC), NASA 마셜 우주 비행 센터(MSFC) 및 NASA 본부와 협력하여 개발하고 있다.[2][3]
4. 1. 우주선 구조
바이오센티넬은 6U 큐브위성 버스 형식을 가지며, 외부 치수는 10cm × 20cm × 30cm, 질량은 약 14kg이다.[2][3][4][10][11] 전체 6U 중 4U는 과학 탑재체를, 0.5U는 자세 결정 및 제어 하위 시스템(ADCS)을, 0.5U는 전력 시스템(EPS) 및 명령 및 데이터 처리(C&DH) 항공 전자를 수용한다. 나머지 1U는 자세 제어 추력기 조립체로 구성되며, 3D 프린팅으로 제작된다.[8][12]추력기 조립체는 냉가스(듀폰 R236fa) 추진제 탱크, 라인 및 7개의 노즐을 포함하며, 3D 프린팅을 통해 추진제 저장 공간을 최적화하여 165g을 저장할 수 있다.[8][12] 각 노즐의 추력은 50 mN이며, 비추력은 31초이다.[12] 자세 제어 시스템은 조지아 공과대학교에서 개발 및 제작하고 있다.
전력은 30와트 정격의 전개식 태양 전지판에서 생성되며, 통신은 Iris 트랜스폰더를 X-밴드에서 사용한다.[2]
이 우주선은 NASA 에임스 연구 센터(AMR)가 NASA 제트 추진 연구소(JPL), NASA 존슨 우주 센터(JSC), NASA 마셜 우주 비행 센터(MSFC) 및 NASA 본부와 협력하여 개발하고 있다.[2][3]
4. 2. 추진 시스템
바이오센티넬의 추진 시스템은 3D 프린팅으로 제작된 추력기 조립체를 사용하며, 냉가스(듀폰 R236fa) 추진제 탱크, 라인 및 7개의 노즐을 포함한다.[8][12] 3D 프린팅을 통해 추진제 저장 공간을 최적화하여 165g까지 늘릴 수 있었다.[8][12] 각 노즐의 추력은 50 mN이며, 비추력은 31초이다.[12] 자세 제어 시스템은 조지아 공과대학교에서 개발 및 제작하고 있다.4. 3. 전력 및 통신
전력은 30와트 정격의 전개식 태양 전지판에서 생성되며,[2] 통신은 X-밴드에서 Iris 트랜스폰더를 사용한다.[2]4. 4. 궤도
바이오 센티넬은 지구 저궤도를 벗어나 태양 중심 궤도를 갖는다.[23] 이는 아르테미스 1호에 실려 발사된 후 달을 지나 지구를 따라가는 궤도이다.[2]5. 개발 및 지원
바이오 센티넬은 NASA, ARC, JSC, MSFC, JPL, 로마 린다 대학교 의료 센터, 서스캐처원 대학교에서 개발 및 지원을 받았다.
6. 함께 발사된 인공위성
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