L'igiene astronautica valuta, e mitiga, i pericoli e i rischi per la salute di coloro che lavorano in ambienti a bassa gravità.Cain, John R. "Astronautical hygiene-A new discipline to protect the health of astronauts working in space", JBIS, 64, 179–185, 2011 La disciplina dell'igiene astronautica comprende temi quali l'uso e la manutenzione dei sistemi di supporto vitale, i rischi dell'attività extraveicolare, i rischi di esposizione a sostanze chimiche o radiazioni, la caratterizzazione dei pericoli, le questioni relative al fattore umano e lo sviluppo di strategie di gestione dei rischi. L'igiene astronautica lavora fianco a fianco con la medicina spaziale per garantire che gli astronauti siano sani e sicuri quando lavorano nello spazio.
Panoramica Quando gli astronauti si muovono nello spazio, sono esposti a numerosi pericoli, come radiazioni, microbi all' interno del veicolo spaziale, polveri tossiche superficiali planetarie, ecc. Durante un viaggio nello spazio, gli igienisti astronautici lavorano alla raccolta di dati riguardanti una moltitudine di temi. Una volta raccolti i dati, li analizzano per determinare, tra l'altro, i rischi per la salute umana dovuti all'esposizione a varie sostanze chimiche all'interno del veicolo spaziale e ad altre tossine durante il volo. Da qui, gli igienisti possono determinare le misure appropriate da adottare per mitigare l'esposizione alle sostanze chimiche nocive.
Una volta sulla superficie di una luna o di un pianeta, l'igienista astronautico dovrebbe anche raccogliere dati sulla natura della polvere e sui livelli di radiazione della superficie. Da questa analisi, si determinerebbero i rischi per la salute degli astronauti e si ricaverebbero conclusioni su come prevenire o controllare l'esposizione.
I principali compiti dell'igienista astronautico si articolano come segue:
Intraprendere e contribuire alla ricerca laddove una valutazione adeguata dei rischi per la salute è fondamentale, ad esempio nello sviluppo di strategie efficaci di attenuazione delle polveri per l'esplorazione lunare. Essere attivamente impegnati nella ideazione di tecniche di mitigazione dei rischi, ad esempio tute spaziali a bassa trattenuta/rilascio di polvere e facilità di movimento. Fornire una procedura di risoluzione dei problemi in volo, ad esempio per identificare il pericolo, valutare i rischi per la salute e determinare le misure di attenuazione. Fornire consulenza a governi quali l'Agenzia Spaziale del Regno Unito sulle più efficaci misure di mitigazione dei rischi per i voli con equipaggio. Agire come elemento centrale di coordinamento tra le altre discipline della scienza spaziale. Fornire informazioni, istruzioni e formazione sulla definizione di standard, sugli effetti dell'esposizione sulla salute, sull'identificazione dei pericoli e sull'uso dei protocolli di controllo. Fornire un modo olistico per proteggere la salute degli astronauti.
L'Orion Spacecraft è una navicella spaziale euro-americana destinata a trasportare un equipaggio di quattro astronauti per missioni in bassa orbita terrestre (LEO) e oltre. Attualmente in fase di sviluppo da parte della NASA e dell'Agenzia spaziale europea (ESA) per il lancio sul Space Launch System. Orion conterrà sostanze potenzialmente pericolose come ammoniaca, idrazina, freon, tetrossido di diazoto e composti organici volatili, per cui sarà necessario prevenire o controllare l'esposizione a tali sostanze durante il volo. Igienisti astronautici negli Stati Uniti, nell'Unione Europea, singoli igienisti astronautici del Regno Unito ed esperti di medicina spaziale stanno sviluppando misure atte a ridurre l'esposizione a queste sostanze.
Il Dr. John R. Cain (un esperto di controllo del rischio sanitario del governo britannico) è stato il primo scienziato a definire la nuova disciplina dell'igiene astronautica. L'istituzione dell'Agenzia Spaziale del Regno Unito e della Space Life and Biomedical Sciences Association (UK Space LABS) considerano lo sviluppo e la diffusione dei principi dell'igiene astronautica come un mezzo importante per proteggere la salute degli astronauti che lavorano (ed eventualmente vivono) nello spazio.
Pulizia e gestione dei rifiuti Quando si ha a che fare con ambienti a bassa gravità, sorgono problemi di pulizia e smaltimento dei rifiuti. Sulla Stazione spaziale internazionale non ci sono docce e gli astronauti fanno invece brevi lavaggi con una spugna, utilizzando un panno per il lavaggio e un altro per il risciacquo. Poiché la tensione superficiale fa sì che l'acqua e le bolle di sapone aderiscano alla pelle, è necessaria pochissima acqua. Si impiega sapone speciale senza risciacquo e speciali shampoo senza risciacquo. Poiché una toilette a filo pavimento non funzionerebbe, è stata progettata una toilette speciale con capacità di aspirazione. Mentre il design è quasi lo stesso, il sistema utilizza un flusso d'aria, piuttosto che acqua. Nel caso dello Space Shuttle, l'acqua sporca veniva scaricata nello spazio mentre i rifiuti solidi venivano compressi in un'area di stoccaggio e smaltiti quando lo Shuttle tornava a terra. L'attuale modello di toilette è stato lanciato per la prima volta sull'STS-54 nel 1993, dispone di una capacità di stoccaggio illimitata, mentre le precedenti avevano 14 giorni di capacità. Il nuovo modello ha un ambiente privo di odori.
Controllo dei gas in veicoli spaziali La produzione di gas tossici avviene per effetto di materiali non metallici, ad esempio rivestimenti superficiali, adesivi, elastomeri, solventi, detergenti, liquidi di scambio termico, ecc. Al di sopra di specifiche concentrazioni, se inalati, i gas possono influire sulla capacità dell'equipaggio di svolgere efficacemente il proprio lavoro.
La maggior parte dei dati tossicologici riguardanti l'esposizione ai gas si basano su rilevamenti fatti a terra, ovvero su un periodo di lavoro di 8 ore e perciò non applicabile al lavoro su veicoli spaziali. È stato necessario stabilire nuovi tempi di esposizione specifici per le missioni spaziali in cui l'esposizione può essere ininterrotta fino a 2 settimane o più 24 ore su 24.
I limiti di esposizione si basano su:
Condizioni operative del veicolo spaziale "normali". Situazioni di "emergenza".
In condizioni normali, ci sono tracce di gas contaminanti, come l'ammoniaca, provenienti dalla normale emissione di gas a temperatura ambiente e a temperature elevate. Altri gas si originano dalle riserve di gas per la respirazione e dagli stessi membri dell'equipaggio. In caso di emergenza, i gas possono essere causati da surriscaldamento, sversamenti, rotture nel circuito del refrigerante (glicole etilenico) e dalla pirolisi di componenti non metallici. Come è stato evidenziato durante le missioni Apollo, il monossido di carbonio è una delle principali minacce per gli equipaggi spaziali. I gas residui emessi possono essere controllati utilizzando filtri all'idrossido di litio per intrappolare l'anidride carbonica e filtri a carboni attivi per intrappolare altri gas.
I gas nella cabina possono essere misurati con la gascromatografia, la spettrometria di massa e la spettrofotometria a infrarossi. Vengono esaminati campioni di aria del veicolo spaziale sia prima che dopo il volo per verificarne le concentrazioni gassose. I filtri a carboni attivi possono essere esaminati per verificare la presenza di tracce di gas. Le concentrazioni rilevate possono essere confrontate con i limiti di esposizione appropriati. Se le esposizioni sono elevate, aumentano i rischi per la salute. Il campionamento continuo delle sostanze pericolose è essenziale per poter adottare misure adeguate in caso di esposizione prolungata.
Sono numerose sostanze volatili presenti durante un volo, e normalmente sono al di sotto dei valori limite di concentrazione stabilita dalla NASA. Se l'esposizione della cabina di un velivolo spaziale a specifiche sostanze chimiche è inferiore ai loro TLV e SMAC, si stima che i rischi per la salute in seguito ad inalazione saranno ridotti.
Concentrazioni massime ammissibili del veicolo spaziale Gli SMAC (Spacecraft Maximum Allowable Concentrations) sono linee guida per gestire le esposizioni chimiche durante le operazioni normali e di emergenza a bordo dei veicoli spaziali. Gli SMAC a breve termine si riferiscono a concentrazioni di sostanze sospese nell'aria, quali gas e vapori, che non comprendono l'esecuzione di compiti specifici da parte degli astronauti in condizioni di emergenza o che non causano gravi ripercussioni tossiche. Gli SMAC a lungo termine sono finalizzati ad evitare effetti nocivi per la salute e a prevenire qualsiasi cambiamento significativo nelle prestazioni dell'equipaggio in caso di esposizione continua per 180 giorni a sostanze chimiche.James, J.T. Spacecraft Maximum Allowable Concentrations for Airborne Contaminants. JSC 20584: NASA Johnson Space Centre, Houston, Texas, February, 1995
I dati relativi all'igiene astronautica necessari per lo sviluppo dei SMAC comprendono:
Caratterizzazione chimico-fisica della sostanza chimica tossica. Studi di tossicità animale. Studi clinici sull'uomo. Esposizioni umane accidentali. Studi epidemiologici. Studi di tossicità in vitro.
Pericoli dovuti alla polvere lunare
La polvere lunare o regolite è lo strato di particelle sulla superficie della Luna ed è solitamente inferiore a 100 μm,Lunar Exploration Strategic Roadmap Meeting, 2005 le forme dei grani sono tendenzialmente allungate. L'esposizione per inalazione a questa polvere può causare difficoltà respiratorie dovute anche alla tossicità della polvere, può anche offuscare le visiere degli astronauti. Aderisce anche alle tute spaziali sia meccanicamente (a causa delle forme dei grani) che elettrostaticamente. Durante le missioni Apollo, la polvere ha anche usurato il tessuto delle tute spaziali.Bean, A.L. et al., NASA SP-235, 1970
Nel corso di future esplorazioni lunari, occorrerà valutare i rischi di esposizione alla polvere e effettuare un adeguato controllo dell'esposizione. Le misure richieste potranno includere la misurazione delle concentrazioni di polveri di superficie, campi elettrici superficiali, la massa della polvere, la velocità, la carica e le caratteristiche del plasma.
Deposizione di particelle inalate Il grado di risposta infiammatoria nel polmone dipende dal luogo in cui si depositano le particelle di polvere lunare. Nella deposizione a 1G, ovvero alla forza di gravità terrestre, le vie aeree centrali riducono il trasporto delle particelle fini alla periferia polmonare. Sulla Luna, con gravità frazionata, le particelle fini inalate si depositano in regioni più periferiche del polmone. Pertanto, a causa del ridotto tasso di sedimentazione nella gravità lunare, particelle sottili di polvere si depositeranno negli alveoli polmonari, aumentando le probabilità di danni al polmone.Darquenne, C & G. K. Prisk (2004). "Effect of small flow reversals on aerosol mixing in the alveolar region of the human lung". J Appl Physiol, 97, 2083–2089; Darquenne, C., M. Paiva & G. K. Prisk (2000). "Effect of gravity on aerosol dispersion and deposition in the human lung after periods of breath holding". J Appl Physiol, 89, 1787–1792
Controllo dell'esposizione alla polvere Oltre all'utilizzo di aspiratori, poiché la frazione fine della polvere lunare è magnetica,Taylor, L.A., Deleterious effects of dust for lunar base activities: A possible remedy. New Views of the Moon Workshop, Lunar Planetary Inst., ext. abstr. 2000a. si dovrebbero sviluppare tecniche di separazione magnetica ad alto potenziale per rimuoverla dalle tute spaziali. Inoltre, gli aspiratori possono essere utilizzati per rimuovere la polvere dalle tute spaziali.