宇宙飛行士は宇宙でどのように呼吸するのでしょうか？

技術者たちは宇宙の真空中で酸素を作り出すための特別な方法を考え出さなければなりませんでした。宇宙飛行士は宇宙でどのように呼吸するのか。

宇宙で呼吸する方法

1997年、国際宇宙ステーションの前身であるミール宇宙ステーションで火災が発生した。犯人は宇宙船の酸素発生装置で、固体の過塩素酸リチウムボンベを燃やして呼吸可能な大気を作り出していた。発電機の組み立て中に内部に残されたと思われるゴム手袋の素材が、発電機の作動時に発火し、完全に消し止められるまで約14分間火災が発生した。

乗組員に負傷者はいなかったものの、この事故は、軌道上で宇宙飛行士に継続的に酸素を供給することの難しさや安全上のリスクを浮き彫りにした。船上の水ろ過システムと同様に、この命を救う水を作り出す装置は、1960 年代に宇宙開発競争が始まって以来、大きく進化してきました。

煙とミール

人類を初めて月に着陸させた 1969 年のミッションを含むアポロ計画では、環境制御ユニット (ECU) を使用してコマンドモジュール内の純酸素雰囲気を維持しました。 ECUには水酸化リチウムと活性炭カートリッジが装備されており、宇宙飛行士の息から二酸化炭素をろ過し、臭いを吸収します。また、水を生成し、客室の温度を維持するため、最大 3 人の宇宙飛行士が 14 日間宇宙で生存することができます。

1986年に打ち上げられたミール宇宙ステーションは、より長い宇宙ミッションのために設計され、化学反応によって酸素を生成した。発電機が大型のエアゾール缶ほどの大きさの過塩素酸リチウムシリンダーに点火し、燃焼しながら酸素を放出します。この「酸素キャンドル」1本で乗組員1人が1日呼吸するのに十分な空気を供給できたが、このシステムの弱点がゴム手袋の事故で露呈した。

その事故以降、航空宇宙技術者は宇宙で酸素を生成するために化学反応を利用しなくなりました。 ISSは2000年代初頭にミールに取って代わり、発電機を使用して水分子を陽子交換膜を通して酸素と水素に分解する電気分解に基づく、より安全なECUを搭載していました。このプロセスで生成された酸素は大気中に放出され、水素は乗組員が吐き出す二酸化炭素と結合して飲料水とメタンが生成されます。現在、メタンは宇宙ステーションの外部に排出されているが、将来的には宇宙船内でのバイオ生産プロセスに役立つ可能性がある。 ISSには、バックアップとして酸素を生成するためのミールモデルも搭載されています。

バックパックでの生活

宇宙船内にいる宇宙飛行士に酸素を供給することも一つの方法です。機器のテスト、実験の実施、外部の修理を行うために宇宙船を離れて船外活動を行うときにも、同様の措置が取られます。

船外活動用に設計された現代の宇宙服は、船外機動ユニット（EMU）とも呼ばれ、さまざまな生命維持システムを収納したバックパックを備えています。他にも、二酸化炭素をろ過しながら宇宙飛行士のヘルメットに酸素を供給する機能があります。スーツはまた、宇宙船が突入する際に発生する生命を脅かす可能性のある真空の力から船員の身体を守る役割も果たします。

宇宙飛行士はEMUに入る前でさえ、昏睡状態になる可能性を最小限に抑えるために圧縮空気カプセルの中で何時間も純酸素を呼吸します。元宇宙飛行士のマイク・ミュレーン氏によると、司令船は1平方インチあたり14.7ポンド（psi）の大気圧を維持しており、これは地球の海面とほぼ同じだが、宇宙服内の圧力はわずか5psiだ。宇宙飛行士は、宇宙遊泳の前に、体内の窒素を除去し、圧縮空気酔いの原因となる血液中の気泡の形成を防ぐために、純粋な酸素を「事前に呼吸」する必要がある。そうしないと、過剰な窒素の泡が血管を詰まらせ、組織を損傷し、関節痛、頭痛、筋力低下、麻痺、疲労、混乱などの症状を引き起こす可能性があります。

宇宙服の重要性は、おそらく、宇宙服がなければ何が起こるかを見れば最もよくわかるでしょう。宇宙飛行士は酸素不足ですぐに意識を失い、地球の大気の条件下で生成された血液と体液は真空によって凍結、沸騰、破裂する。

宇宙の条件により、呼吸のような単純な行為が複雑で、致命的となる可能性のある課題に変わります。幸いなことに、それは科学で対処できないものではありません。