Солнечный коллектор ультрафиолетового света для бактерицидного облучения на Луне

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 8326 (2023) Цитировать эту статью

379 Доступов

Подробности о метриках

Предполагается, что продолжительные миссии с участием людей на Луне станут воротами на Марс и колонизацию астероидов в ближайшие десятилетия. Частично исследованы риски для здоровья, связанные с длительным пребыванием в космосе. Опасности, связанные с переносимыми по воздуху биологическими загрязнителями, представляют собой актуальную проблему космических полетов. Возможным способом инактивации болезнетворных микроорганизмов является использование самого коротковолнового диапазона солнечного ультрафиолетового излучения, так называемого бактерицидного диапазона. На Земле он полностью поглощается атмосферой и не достигает поверхности. В космосе такой ультрафиолетовый солнечный компонент присутствует, и эффективное бактерицидное облучение для инактивации переносимых по воздуху патогенов может быть достигнуто внутри обитаемых аванпостов за счет сочетания высокоотражающего внутреннего покрытия и оптимизированной геометрии воздуховодов. Коллектор солнечного ультрафиолетового излучения для бактерицидного облучения на Луне — это проект, цель которого — собирать ультрафиолетовое солнечное излучение и использовать его в качестве источника для дезинфекции рециркулирующего воздуха на человеческих аванпостах. Наиболее благоприятные места для размещения этих коллекторов — над вершинами полюсов Луны, особенностью которых является то, что большую часть времени они подвергаются воздействию солнечной радиации. В августе 2022 года НАСА сообщило, что определило 13 потенциальных регионов посадки вблизи Южного полюса Луны для миссий «Артемида». Еще одним преимуществом Луны является ее низкий наклон к эклиптике, что позволяет сохранять видимую высоту Солнца в уменьшенном угловом диапазоне. По этой причине ультрафиолетовое солнечное излучение можно собирать с помощью упрощенного коллектора слежения за Солнцем или даже статического коллектора и использовать для дезинфекции переработанного воздуха. Для подтверждения предложенной идеи было проведено гидродинамическое и оптическое моделирование. Сообщается об ожидаемых показателях инактивации некоторых передающихся по воздуху патогенов, как распространенных, так и обнаруженных на Международной космической станции, и сравнивается с эффективностью предлагаемого устройства. Результаты показывают, что можно использовать ультрафиолетовое солнечное излучение непосредственно для дезинфекции воздуха внутри лунных аванпостов и создания здоровой среды обитания для астронавтов.

Программы освоения космоса на ближайшее будущее предполагают возвращение людей на поверхность Луны. В частности, программа НАСА «Артемида» направлена ​​на то, чтобы к 2024 году доставить на Луну первую женщину и следующего мужчину для первой долгосрочной миссии1. Установленной целью различных агентств и организаций является колонизация Луны и строительство аванпостов на ее поверхности2. В долгосрочной перспективе цель состоит в том, чтобы доставить людей на Марс: эксперименты, которые будут проводиться на Луне, отчасти предназначены для поддержки будущих миссий на Марс. Длительность и исследование пилотируемого космического полета создают множество серьезных проблем, подвергая астронавтов воздействию окружающей среды с неопределенными и неизвестными рисками для их здоровья. Биологические, химические и физические потенциальные опасности возникают на каждом этапе миссии3,4,5,6. В настоящее время Международная космическая станция (МКС), постоянно укомплектованная персоналом с момента прибытия на нее первого постоянного экипажа 2 ноября 2000 года, является единственной орбитальной средой для жизни и работы за пределами атмосферы Земли. Исследования, проведенные на МКС, указывают на потенциальные риски для здоровья во время космических полетов7,8,9. Публикации и отчеты об экспериментах на борту китайской космической станции Тяньгун, экипаж которой работает с 2021 года, ожидаются в ближайшие годы10. Доступны публикации с других космических кораблей, таких как «Спейс Шаттл»,8,11. Среди соображений здоровья риск представляет воздействие переносимых по воздуху экологических, биологических и химических загрязнителей на борту космического корабля, которые могут быть такими же внутри обитаемых модулей будущей Луны. Биологические загрязнители могут быть связаны с инфекциями, аллергией и токсическими эффектами. Несмотря на то, что большинство микроорганизмов не угрожают здоровью человека и, вероятно, будут играть важную роль (например, при очистке отходов, очистке воды и воздуха, источниках пищи в долгосрочных миссиях), микроорганизмы могут оказывать неблагоприятное воздействие на здоровье членов экипажа, в частности, из-за к недостаточности иммунной системы космонавтов12 и изменению молекулярных и биохимических характеристик микроорганизмов13,14,15.