우주공간은 중력이 작용하지 않고 산소가 없으며, 태양열에 의한 극고온과 극저온의 환경이 반복되는 공간이다. 또한 우주먼지와 각종 전자파 및 방사선 등이 우주 비행사들의 건강을 위협하며, 우주공간에서의 신체증상은 신경 시스템의 변화에 따라 입맛이 변하기도 한다. 특히 미세 중력 및 환경 변화에서 오는 스트레스로 인한 체중 감소와, 뼈의 미네랄 손실에 따른 골밀도 및 근육량 감소로 신체 저항력이 약화될 수도 있다.
미국의 화성탐사와 같이 1년여 동안, 우주인들의 건강을 책임질 우주식품의 신선도 유지와 필요한 영양소 공급은 NASA의 최대 고민이다. 그래서 NASA는 우주에서 농사를 지어 신선한 야채와 과일을 먹을 수 있는 우주식품의 개발을 서두르고 있다.


우주식품 캡슐에서 조리식품으로 발전




우주식품(space food)은 우주선, 우주정거장 및 달, 화성 등의 행성에 건설하게 될 우주기지 등 우주공간에서 우주인이 섭취할 수 있도록 만든 특수한 식품을 말한다. 우주식품은 건조, 가열처리, 방사선조사, 수분활성도 감소, pH조절, 및 특수 포장법 등으로 가공되고 있다. 우주임무 수행에 필요한 필수 영양소 권장 섭취량(Recommended Dietary Allowance, RDA)에 맞춰 식단이 만들어지며, 이는 우주인의 기호에 따라 7일 또는 8일단위로 마련되고 있다.
우주식품은 쓰레기를 최소화하고 설거지를 하지 않기 위해, 그 포장을 일인용이나 일회용으로 만들고 있다. 이는 음식이 남을 경우 보관할 수 있는 공간이 없고, 물의 처리도 어렵기 때문이다. 또한 오븐으로 80℃까지만 열을 올릴 수 있기 때문에, 우주식량은 데우면 바로 먹을 수 있는 완전 조리 식품들이 제공되고 있다. 이때 제공되는 식품은 5%미만의 건조식품으로, 우주선에서 1인당 1일 식품포장 허용무게는 약 0.23㎏이다.


우주인들이 칼슘, 철을 적게 먹는 이유


일반 사람의 일일 권장량은 2,500 kcal ~3,000 kcal 정도로, 우주인들도 하루에 2,800 kcal 내에서 자신이 먹을 우주 음식 메뉴를 선택할 수 있다. 또한 개개인의 키와 몸무게에 따라 칼로리는 조금씩 차이가 있으나, 탄수화물 50%, 지방 30%, 단백질 15% 정도의 영양섭취를 하고 있다.
그렇다면 우주인들은 어떨까? 지구에서와 마찬가지로 대부분의 영양섭취를 고르게 하는 편이나, 철이나 칼슘의 경우는 그 섭취량이 적다.
대표적 영양소인 철분의 경우, 철은 적혈구 즉 피를 만들어주는 역할을 하며 산소공급과 영양소 공급을 활발하게 하는 기능을 가지고 있다. 그런데 우주인들은 지구에 있을 때보다 철분을 10 mg 더 적게 섭취한다. 우주선에서는 활동량이 적기 때문에 영양소 공급이 활발하지 않아도 살 수 있고, 이로 인해 과다섭취된 철이 몸에 고스란히 남아있어 건강을 해치기 때문이다. 
이는 칼슘의 경우도 마찬가지다. 우주에서는 무중력 상태로 지내기 때문에, 뼈를 사용할 필요성을 크게 느끼지 못한다. 그래서 우주인들의 경우 지구로 돌아와 뼈 손상을 회복시키는데 약 2년의 시간이 필요하다고 한다. 나트륨을 적게 먹는 이유도 소금이 뼈에 나쁜 영향을 주기 때문에 우주인들의 뼈 손상을 최소화하기 위해서다.
대신에 우주인들은 비타민 D 등을 충분히 섭취해줘야 한다. 지구에서는 햇빛을 통해 인체 스스로 비타민을 만들어내지만, 우주선에서는 햇빛의 양이 부족하기 때문이다. 이런 연유로 우주인들은 비타민 D등이 풍부한 요구르트나 치즈 같은 유제품을 반드시 먹고 있다.


우주식량 경진대회, 150여가지 우주식품 개발


최초의 우주식량은 각설탕처럼 한입 크기로 만들어졌으며, 주로 알루미늄 튜브로 제작돼 공급됐다. 우리가 치약튜브를 짜듯이 우주식품도 튜브에 든 음식을 먹은 것이다. 무게와 부피를 줄이기 위해 제공된 튜브식품은 당시 우주인들은 별로 좋아하지 않았다고 한다. 맛도 없고 부스러기가 심하게 일어났으며, 물을 넣어도 흡수가 잘 되지 않았기 때문이다.
NASA는 바로 우주인들의 이러한 고충을 해소하기 위해, 매년 우주 식량 경진대회를 열어 새로운 우주 식량을 개발하고 있다. ‘튜브’ 우주식품이 변하기 시작한 것은 1968년 아폴로 우주선부터다. 우주인들은 이때 최초로 67℃의 뜨거운 물을 이용 음식을 데워 먹을 수 있었다. 또한 이때부터 우주식량 용기가 개발돼 스푼을 사용해 음식을 먹기 시작했다.
스페이스셔틀 계획은 NASA의 우주식품에 대한 개발 계획으로, 1981년부터 현재까지 이어지고 있다. 이 계획에 의해 만들어진 우주식량 용기는 자기(磁氣)띠를 활용해 음식접시에 나이프, 포크, 스푼을 부착 사용했으며, 파스타·스튜·새우 칵테일·아이스크림에 이르기까지 다양한 음식이 제공되고 있다. 현재 우주 왕복선에는 100여가지의 우주식량이 제공되고 있으며 개발된 음식만도 150여 가지에 이른다.


우주인들 직접 재배하여 화성 정착 계획




식료품점, 농장, 정원, 토양, 화물선도 없는 우주여행에서 우주식량과 물을 가지고 가는 것은 우주선에 많은 부담을 준다. 그 양이나 부피도 문제지만 1년동안 상하지 않게 보관하는 것도 쉽지 않다. NASA도 최근 이러한 문제를 해결하기 위해 다양한 연구활동을 하고 있으며, 우주에서 직접 식품을 재배하는 연구가 이루어지고 있다.
NASA의 우주정원 연구인 어드밴스드 푸드 시스템(Advanced Food Systems)은 현재 양상추, 시금치, 당근, 토마토, 양파, 무, 피망, 허브, 딸기, 양배추 등 10개의 농작물을 수경재배로 키우고 있다. 이 식물들은 토양이 부족한 우주에서 물과 특별한 빛을 이용, 생산할 수 있도록 연구 중이며, 화성 탐사선에 적용될 예정이다.
이미 우주농장은 1996년 러시아의 우주정거장 미르에서 ‘우주정원 프로젝트’에 의해 실시돼 왔다. 난쟁이 밀을 재배하는 우주정원은 식량을 재배할 수 있다는 성과 외에도 우주인들이 심리적, 정서적으로도 안정을 준다는 점을 밝혀냈다. 미국의 경우도 이미 우주에서 애기장대를 재배, 40일만에 열매를 맺는 성과를 거두기도 했다.
우주농장은 식량뿐만 아니라, 환경재생시스템을 통해 산소를 공급하고 이산화탄소를 제거하며, 물을 정화할 수 있는 등 환경적 측면에서도 연구 중이다. 이는 화성 등에 우주기지를 건설할 경우, 인간이 살 수 있는 환경을 조성하기 위해서다.