化学物質による汚染は無視できない。宇宙ステーションの清掃についてどれくらい知っていますか?

最近の研究により、国際宇宙ステーションの潜在的に有害な化学汚染物質の濃度が、アメリカやヨーロッパの家庭の床のほこりに含まれる同様の物質の濃度を超えていることが明らかになりました。宇宙飛行士の宇宙での生活は常に幅広い注目を集めてきました。では、宇宙での定期的な滞在中に、どのような環境汚染の問題に遭遇する可能性があるのでしょうか?研究者や宇宙飛行士はこれらの問題をどのように解決すべきでしょうか?

潜在的な危険を無視することはできない

最近、英国バーミンガム大学とNASAグレン研究センターの共同研究チームが、国際宇宙ステーションの有害な化学汚染物質の濃度が無視できないレベルに達しているという論文を「Environmental Science & Technology Letters」誌に発表した。

2019年、宇宙飛行士は国際宇宙ステーションの空気フィルターから大量のガス、ほこり、髪の毛、糸くずなどの物質を収集しました。その後、研究チームはこれらの物質に含まれる有害化学物質の濃度を測定し、含まれる汚染物質の種類がかなり複雑かつ多様であることを発見した。主なものは、ポリ臭化ジフェニルエーテル、臭素系難燃剤、有機リン化合物、多環芳香族炭化水素、ポリ塩化ビフェニル、パーフルオロアルキル化合物などである。

老朽化した国際宇宙ステーション内には汚染源となる可能性のあるものが数多く存在する

調査では汚染物質の濃度は「依然として正常範囲内」であると結論づけられているが、米国や西ヨーロッパの家庭やその他の屋内環境におけるほこり中の有害物質の濃度の中央値を上回っていた。

では、なぜ国際宇宙ステーションには有害な化合物がこれほど多く存在するのでしょうか?宇宙ステーションが軌道上で長期間運用されるにつれて、さまざまなマトリックス材料、電子機器、家具、布地などが空中にどんどん蓄積され、潜在的な汚染の脅威が徐々に現れてきたことが判明しました。

国際宇宙ステーションには、ガス中の一部の汚染物質を効率的に除去できる空気ろ過システムが装備されており、空気流システムによって空気中の浮遊粒子を駆動・吸着する仕組みになっているが、宇宙で発生する可能性のある高強度の異常電離放射線については、研究者による研究がまだ不十分である。宇宙ステーション内の空気中に残留する有害化学物質の濃度がさらに増加し​​たり、通常の範囲を超えたりして、宇宙飛行士の生命と健康が脅かされることになるのでしょうか?科学研究者は依然として長期的かつ徹底的な探査を行う必要がある。

保護材には注意してください

上記の有害化学物質は国際宇宙ステーションの運用中に蓄積されており、回避することは困難であると思われます。しかし、科学研究者や宇宙飛行士は仕事においてどんな細部も見逃さず、さまざまな汚染要因や隠れた危険を排除するために最大限の努力をします。

たとえば、火災は生命の安全に対する大きな脅威です。濃い煙は有毒物質を放出し、呼吸器の健康を脅かします。宇宙ステーションは宇宙飛行士に宇宙空間から隔離された安全な空間を提供します。比較的狭いキャビン内には多くの科学実験機器が配置されています。万が一火災が発生すると、宇宙ステーションの安全構造が破壊され、宇宙飛行士の生命が脅かされる可能性があります。

火災を防止するため、科学研究者は宇宙ステーションの設計・建設中に、難燃性に注意しながら、構造材料や実験機器の基板などを繰り返し慎重に検査します。また、宇宙ステーション内の布地などの可燃物も地球上のものとは異なります。一般的に、宇宙飛行士の漂流を助けるアームレストやフットリミッター、座席、クッションなどには、特定の無機難燃剤が含まれています。

しかし、従来の難燃性材料は、ポリ臭化ジフェニルエーテルや有機リン化合物など、人体に有害な物質を生成する可能性もあります。これは、新世代の有人宇宙船を設計する際に考慮しなければならない重要な要素にもなっています。

さらに、宇宙ステーションには、気密性を確保するために、各客室のドッキング機構、船外エアロック、舷窓構造などにシーリングリングやシーラントが取り付けられています。しかし、シーラントはポリ塩化ビフェニルを生成することが多く、含有量が許容範囲を超えると、宇宙飛行士の皮膚組織、呼吸器系、消化器系などに影響を及ぼす可能性があります。国際宇宙ステーション内のPCB濃度は複数回の検査で正常範囲内であることが判明していますが、この潜在的な脅威は無視できず、大きな懸念を引き起こしています。

宇宙飛行士の生活はますますパーソナライズ化しており、地球から宇宙に衣服を持ち込むことは目新しいことではないが、その中のパーフルオロアルキル物質は注目に値する。そのため、宇宙飛行士の生活必需品や地球から輸送される実験器具・装置は、潜在的な化学物質汚染を最小限に抑えるために慎重に検査される必要があります。

テクノロジーが安全性の向上に貢献

宇宙の潜在的な汚染物質の多様性を考慮し、宇宙飛行士の健康と安全を確保するためには、防護除染方法も柔軟でなければならず、主に初期汚染源制御と中間プロセス隔離の 2 つのカテゴリが含まれます。

宇宙ステーションの設計と建設の初期段階で、科学研究者は断熱材や構造基板などをスクリーニングし、広範囲に情報を収集し、以前の研究で発見された過剰な化学汚染物質を生成する可能性のある材料を排除し、汚染のない化学的に安定した材料の使用または開発を優先して、発生源からの化学汚染物質の排出を削減する必要があります。

さらに、宇宙空間の極めて過酷な環境下では物質が必然的に分解してしまうため、有害ガスの発生確率を低減する必要があります。技術の発展に伴い、安定した化学的性質と優れた構造強度特性を備えた新しい材料が宇宙ステーションの建設にますます多く使用されるようになっています。

宇宙では大気の保護がないため、電離放射線や異常な電離嵐が「蔓延」し、宇宙ステーション上のプラスチック製品、ゴム製品、電子部品基板などの老朽化が必然的に加速します。

太陽嵐や宇宙空間の強力な電離放射線などは、宇宙船の正常な動作に影響を与え、衛星通信の品質を短期間で低下させる可能性があります。さらに強力な宇宙線や太陽イオンは宇宙船の外部構造に損傷を与え、宇宙船の耐用年数を脅かす可能性もあります。したがって、宇宙ステーション構造の外壁に保護材料を追加すると、運用上の安全性が確保されるだけでなく、イオン波を吸収し、宇宙ステーション内のさまざまな材料に対する電離放射線の分解と触媒反応を弱め、化学汚染物質が発生する可能性を減らすことができます。

研究により、電子部品は使用中に有害な化学物質を放出し、特定の化学汚染を引き起こす可能性があることがわかっています。宇宙ステーションに環境に優しい材料が完備されていれば、汚染プロセスも遅くなる可能性がある。

宇宙ステーション内の空気中にすでに存在する化学汚染物質については、通常、ろ過と吸着法を使用して除去されます。結局のところ、宇宙ステーションは閉鎖された環境を構築する必要があり、換気のために窓を開けることはできません。微小重力条件下では、化学汚染粒子の流れは主に換気システムによって駆動されます。

宇宙飛行士が空気中の浮遊汚染粒子を適時に除去したい場合、強力な空気循環システムを使用して、空気中の浮遊物質と粒子状物質が最終的に換気グリルの収集ポイントに集まるようにし、空気浄化システムがそれらを効率的に除去できるようにする必要があります。

それでも、空気循環システムの作用により、空気中に浮遊する不純物が換気グリルに集まるため、予測できない潜在的な危険が避けられません。宇宙飛行士は、細菌汚染の可能性を減らすために、定期的に残留堆積物や異物を清掃し、触れたものを適時に消毒する必要があります。

新世代宇宙ステーションの建設と正常な運用の進歩により、人類の宇宙生活に対する経験と理解は深まり続けています。宇宙環境モニタリング、航空宇宙材料、生命維持システム、特殊洗浄剤、清掃ロボットなどの技術的成果が徐々に現れてきています。宇宙ステーションの清潔さがさらに向上し、軌道上での宇宙飛行士の作業と生活に対するより信頼性の高い保護が提供されます。 （著者：蔡楊、画像提供：NASA、レビュー専門家：中国航天科学技術集団科学技術委員会副委員長、江凡）