달에 살균 조사를 위한 태양광 자외선 집광기

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 8326(2023) 이 기사 인용

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달에서의 장기간의 인간 승무원 임무는 향후 수십 년 동안 화성과 소행성 식민지화를 위한 관문으로 예상됩니다. 우주에서의 장기간 영속성과 관련된 건강 위험은 부분적으로 조사되었습니다. 공중의 생물학적 오염물질로 인한 위험은 우주 임무에서 관련된 문제를 나타냅니다. 병원체를 비활성화하는 가능한 방법은 소위 살균 범위라고 불리는 태양 자외선의 가장 짧은 파장 범위를 사용하는 것입니다. 지구상에서는 대기에 완전히 흡수되어 표면에 도달하지 않습니다. 우주에는 이러한 자외선 태양광 구성 요소가 존재하며, 반사율이 높은 내부 코팅과 공기 덕트의 최적화된 기하학적 구조의 조합을 통해 거주 가능한 전초 기지 내부에서 공중 병원균의 비활성화를 위한 효과적인 살균 조사를 달성할 수 있습니다. 달 살균 조사를 위한 태양자외선 집광기는 자외선 태양복사를 수집하고 이를 인간 전초 기지의 재순환 공기를 소독하는 소스로 사용하는 것을 목표로 하는 프로젝트입니다. 이러한 수집기를 배치하기에 가장 유리한 위치는 대부분의 시간 동안 태양 복사에 노출되는 특성을 지닌 달 극의 봉우리 위에 있습니다. 2022년 8월 NASA는 아르테미스 임무를 위해 달 남극 근처에 착륙할 후보 지역 13곳을 확인했다고 밝혔습니다. 달의 또 다른 장점은 황도에 대한 낮은 기울기로, 감소된 각도 범위 내에서 태양의 겉보기 고도를 유지합니다. 이러한 이유로, 단순화된 태양 추적 수집기나 정전기 수집기를 통해 자외선 태양 복사를 수집하고 재활용된 공기를 소독하는 데 사용할 수 있습니다. 제안된 아이디어를 뒷받침하기 위해 유체 역학 및 광학 시뮬레이션이 수행되었습니다. 일반적이거나 국제 우주 정거장에서 발견되는 일부 공중 병원체에 대한 예상되는 불활성화율이 보고되고 제안된 장치 효율성과 비교됩니다. 연구 결과는 달 전초 기지 내부의 공기 소독에 자외선 태양 복사열을 직접 활용하고 우주비행사들에게 건강한 생활 환경을 제공하는 것이 가능하다는 것을 보여준다.

가까운 미래를 위한 우주 탐사 프로그램에는 인간을 달 표면으로 다시 데려오는 것이 포함됩니다. 특히 NASA의 아르테미스 프로그램은 첫 번째 장기 임무를 위해 2024년까지 달에 최초의 여성과 다음 남성을 착륙시키는 것을 목표로 하고 있습니다1. 다양한 기관과 조직의 확립된 목표는 달을 식민지화하고 달 표면에 전초기지를 건설하는 것입니다2. 장기적으로 목표는 인간을 화성으로 데려가는 것입니다. 달에서 수행될 실험은 부분적으로 미래의 화성 임무를 지원하기 위한 것입니다. 인간 우주 비행의 오랜 기간과 탐사는 우주비행사를 건강에 대한 불확실하고 알려지지 않은 위험이 있는 환경에 노출시키는 많은 중요한 과제를 제기합니다. 생물학적, 화학적, 물리적 위험은 임무의 각 단계에서 발생합니다3,4,5,6. 현재, 국제 우주 정거장(ISS)은 2000년 11월 2일 최초의 상주 승무원이 시설에 진입한 이후 지속적으로 직원을 배치하고 있으며 지구 대기권 외부의 유일한 궤도 생활 및 작업 환경입니다. ISS 내부에서 수행된 연구는 우주 비행 중 잠재적인 건강 위험을 언급합니다7,8,9. 2021년부터 우주정거장에 탑승한 중국 텐궁 우주정거장의 실험에 대한 출판물과 보고서는 향후 몇 년 안에 나올 것으로 예상됩니다10. 우주 왕복선과 같은 다른 단기 우주선의 출판물을 이용할 수 있습니다8,11 건강 고려 사항 중 위험은 우주선에 탑재된 공기 중의 환경, 생물학적, 화학적 오염 물질에 대한 노출로 인해 제기되며 이는 미래 달의 거주 가능한 모듈 내부에서도 동일할 수 있습니다. 생물학적 오염물질은 감염, 알레르기 및 독성 영향과 관련될 수 있습니다. 대부분의 미생물은 인간의 건강을 위협하지 않으며 필수적인 역할(예: 폐기물 처리, 수질 및 공기 정화, 장기 임무 시 식량 공급원)을 수행할 가능성이 높음에도 불구하고 미생물은 특히 다음과 같은 이유로 승무원의 건강에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 우주비행사의 면역 체계 결핍12과 미생물의 분자 및 생화학적 특성 변화13,14,15.

0.9\) over the UVC range and at longer UV wavelengths, with a smooth surface to avoid scattered light. Another more expensive solution is the deposition of a multilayer coating optimised for UVC./p> 0.9, or the Polytetrafluoroethylene (PTFE)104, which is reported to have an R = 0.95 at 275 nm and a Lambertian scattering distribution (all incident rays are diffused with equal probability anywhere in the unit semicircle independently of the incidence angle). As described in Lombini et al.105, a Lambertian scattering of the internal surfaces produces the FR distribution inside the volume to be smoothed and more uniform. Another strategy to increase the germicidal efficiency of the duct is to act on the pathogens’ residence time. This is possible by optimising the duct geometry. For both the proposed concentrator types, the irradiation zone has a section doubled compared to the inlet and outlet duct section diameter, reducing the airspeed in the filter and consequently increasing the air residence time t106. The other sides of the air duct are supposed to have the internal sides coated with poorly reflective UV material, even though a more prolonged, highly reflective section would increase the inactivation efficiency. Direct exposure to the UVC light from the duct apertures should be avoided due to its harmful effects on humans107,108. For this reason, we have considered a limited duct portion coated with reflective material, which reduces the possibility of light leaks. An optimised UVC filter length will be taken into account for specific application cases. The “Results and discussions” Section briefly discusses the system performance when varying some CPC parameters./p> 1\) in some simulations, showing the tendency to separate from the primary fluid flow. Due to the assumed slow rates, the different size particles showed very little difference in the velocity and behaviour inside the duct, making the result independent of their size./p>

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