النظافة الشخصية لرواد الفضاء

تنشأ مشكلات التنظيف والتخلص من النفايات عند التعامل مع بيئات الجاذبية المنخفضة. ففي محطة الفضاء الدولية، لا توجد حمامات، ويكتفي رواد الفضاء بحمامات إسفنجية قصيرة، حيث تُستخدم قطعة قماش للغسل وأخرى للشطف. ونظرًا لأن التوتر السطحي يتسبب في التصاق الماء وفقاعات الصابون بالجلد، فإن كمية الماء المطلوبة قليلة جدًا. ^{[ 8 ] [ 9 ]} ويُستخدم صابون خاص لا يحتاج إلى شطف، بالإضافة إلى أنواع خاصة من الشامبو لا تحتاج إلى شطف. ^{[ 10 ]} ولأن المرحاض التقليدي لا يعمل في بيئات الجاذبية المنخفضة، فقد صُمم مرحاض خاص مزود بخاصية الشفط. ^{[ 11 ]} ورغم أن التصميم متشابه تقريبًا، إلا أن الفكرة تعتمد على تدفق الهواء بدلًا من الماء. أما في حالة مكوك الفضاء، فتُصرف مياه الصرف الصحي إلى الفضاء، بينما تُضغط النفايات الصلبة وتُزال من منطقة التخزين بمجرد عودة المكوك إلى الأرض. ^{[ 12 ]} تم استخدام نموذج المرحاض الحالي لأول مرة في رحلة STS-54 عام 1993، ويتميز بسعة تخزين غير محدودة، مقارنة بسعة 14 يومًا فقط لمراحيض المكوك الأصلية، كما يتميز النموذج الجديد ببيئة خالية من الروائح. ^{[ 10 ]}

داخل محطة الفضاء الدولية، يرتدي رواد الفضاء ملابس عادية. لا تُغسل هذه الملابس، وعادةً ما تُرتدى حتى تُعتبر متسخة للغاية، وعندها تُعاد إلى الأرض كنفايات، أو تُقذف كمخلفات لتحترق في الغلاف الجوي. في عام 2020، وبموجب اتفاقية بين وكالة ناسا وشركة بروكتر آند غامبل ، بدأت الأبحاث في مجال المنظفات القابلة للاستخدام في الفضاء؛ ^{[ 13 ]} وفي عام 2021، أُطلق منظف تجريبي على متن مركبة سبيس إكس CRS-24 .

تُنتج الغازات السامة نتيجة انبعاثها من رواد الفضاء والمواد غير المعدنية، مثل الطلاءات السطحية والمواد اللاصقة والمطاطات والمذيبات ومواد التنظيف وسوائل المبادلات الحرارية، وما إلى ذلك. ^{[ 14 ]} عند تجاوز تركيزات معينة، قد تؤثر هذه الغازات، في حال استنشاقها، على قدرة الطاقم على أداء مهامهم بفعالية. ^{[ 15 ]}

تستند معظم البيانات السمية المتعلقة بالتعرض للغازات إلى فترة عمل مدتها 8 ساعات للعاملين على الأرض، ولذلك فهي غير مناسبة للعمل على المركبات الفضائية. وقد استلزم الأمر تحديد فترات تعرض جديدة (بيانات النظافة في مجال الملاحة الفضائية) للبعثات الفضائية التي قد يستمر فيها التعرض بشكل متواصل لمدة تصل إلى أسبوعين أو أكثر، دون فترات راحة يومية أو في عطلات نهاية الأسبوع. ^{[ 14 ]}

تستند حدود التعرض إلى:

• ظروف التشغيل "العادية" للمركبة الفضائية.
• حالة "طارئة".

في الظروف العادية، توجد آثار ضئيلة من الغازات الملوثة، مثل الأمونيا، نتيجةً لانبعاث الغازات الطبيعي في درجات الحرارة المحيطة والمرتفعة. وتنشأ غازات أخرى من خزانات إمداد غاز التنفس ومن أفراد الطاقم أنفسهم. في حالات الطوارئ، قد تنشأ الغازات نتيجةً لارتفاع درجة الحرارة، أو الانسكابات، أو تمزق في دائرة التبريد ( إيثيلين جليكول )، أو من التحلل الحراري للمكونات غير المعدنية. يُعد أول أكسيد الكربون مصدر قلق بالغ لأطقم الفضاء، وقد تجلى ذلك بوضوح خلال مهمات أبولو . ^{[ 16 ] [ 17 ]} يمكن التحكم في الغازات الضئيلة المنبعثة باستخدام مرشحات هيدروكسيد الليثيوم لاحتجاز ثاني أكسيد الكربون ، ومرشحات الكربون المنشط لاحتجاز الغازات الأخرى.

يمكن فحص الغازات الموجودة في مقصورة المركبة الفضائية باستخدام تقنيات كروماتوغرافيا الغاز ، وقياس الطيف الكتلي ، وقياس الطيف بالأشعة تحت الحمراء . تُفحص عينات الهواء المأخوذة من المركبة قبل وبعد الرحلة لتحديد تركيزات الغازات فيها. كما يمكن فحص مرشحات الكربون النشط للكشف عن آثار الغازات. تُقارن التركيزات المقاسة بحدود التعرض المسموح بها. في حال ارتفاع مستويات التعرض، تزداد المخاطر الصحية. لذا، يُعدّ أخذ عينات مستمرة من المواد الخطرة أمرًا بالغ الأهمية لاتخاذ الإجراءات المناسبة في حال ارتفاع مستويات التعرض.

معظم المواد المتطايرة التي تم رصدها أثناء الرحلة تقع ضمن حدودها المسموح بها وحدود التركيز القصوى المسموح بها لمركبات ناسا الفضائية. ^{[ 18 ]} إذا كان تعرض مقصورة المركبة الفضائية لمواد كيميائية محددة أقل من حدودها المسموح بها وحدود التركيز القصوى المسموح بها، فمن المتوقع أن تقل المخاطر الصحية الناجمة عن استنشاقها.

تُحدد معايير التركيز الآمن للمواد الكيميائية (SMACs) مستويات التعرض للمواد الكيميائية أثناء العمليات الاعتيادية والطارئة على متن المركبات الفضائية. تشير معايير التركيز الآمن للمواد الكيميائية قصيرة المدى إلى تركيزات المواد المحمولة جوًا، مثل الغازات والأبخرة، التي لا تؤثر سلبًا على أداء رواد الفضاء لمهامهم المحددة في حالات الطوارئ، ولا تُسبب آثارًا سامة خطيرة. أما معايير التركيز الآمن للمواد الكيميائية طويلة المدى، فتهدف إلى تجنب الآثار الصحية الضارة ومنع أي تغييرات ملحوظة في أداء الطاقم في ظل التعرض المستمر للمواد الكيميائية لمدة تصل إلى 180 يومًا. ^{[ 19 ]}

تشمل بيانات النظافة الخاصة بالملاحين الفضائيين اللازمة لتطوير معايير السلامة والصحة المهنية ما يلي: ^{[ 20 ]}

• التوصيف الكيميائي والفيزيائي للمادة الكيميائية السامة
• دراسات السمية الحيوانية
• الدراسات السريرية البشرية
• التعرض البشري العرضي
• الدراسات الوبائية
• دراسات السمية في المختبر

يعتمد مدى الاستجابة الالتهابية في الرئة على مكان ترسب جزيئات غبار القمر. ففي حالة الترسب في جاذبية الأرض (1G)، تقلل المسالك الهوائية المركزية من انتقال الجزيئات الدقيقة إلى أطراف الرئة. أما على سطح القمر ذي الجاذبية الجزئية، فتترسب الجزيئات الدقيقة المستنشقة في مناطق أكثر طرفية من الرئة. ونتيجةً لانخفاض معدل الترسيب في جاذبية القمر، تترسب جزيئات الغبار الدقيقة في الحويصلات الهوائية، مما يزيد من احتمالية تلف الرئة. ^{[ 26 ] [ 27 ]}

ينبغي تطوير تقنيات الفصل المغناطيسي عالي التدرج لإزالة الغبار من بدلات الفضاء بعد الاستكشاف، نظرًا لأن الجزء الدقيق من غبار القمر مغناطيسي. ^{[ 28 ]} علاوة على ذلك، يمكن استخدام المكانس الكهربائية لإزالة الغبار من بدلات الفضاء.

استُخدمت تقنية قياس الطيف الكتلي لمراقبة جودة هواء مقصورة المركبة الفضائية. ^{[ 29 ]} ويمكن استخدام النتائج المُتحصَّل عليها لتقييم المخاطر أثناء الرحلات الفضائية، على سبيل المثال، من خلال مقارنة تركيزات المركبات العضوية المتطايرة مع تركيزاتها المرجعية. إذا كانت المستويات مرتفعة للغاية، فسيلزم اتخاذ إجراءات تصحيحية مناسبة لخفض التركيزات وتقليل المخاطر الصحية.

تم تحديد أكثر من مئة سلالة من البكتيريا والفطريات في مهمات الفضاء المأهولة. ^{[ 32 ]} وتستطيع هذه الكائنات الدقيقة البقاء والتكاثر في الفضاء. ^{[ 33 ]} تُبذل جهود حثيثة لضمان الحدّ بشكل كبير من مخاطر التعرّض لهذه الميكروبات. تُعقّم المركبات الفضائية كإجراء وقائي جيد عن طريق شطفها بمواد مضادة للميكروبات مثل أكسيد الإيثيلين وكلوريد الميثيل ، ويُعزل رواد الفضاء لعدة أيام قبل بدء المهمة. مع ذلك، لا تُؤدي هذه الإجراءات إلا إلى تقليل أعداد الميكروبات، وليس القضاء عليها تمامًا. قد يزيد انعدام الجاذبية من ضراوة بعض الميكروبات. لذا، من المهم دراسة الآليات المسؤولة عن هذه المشكلة، وتطبيق الضوابط المناسبة لضمان عدم تأثر رواد الفضاء، وخاصةً ذوي المناعة الضعيفة . ^{[ 34 ]}

تُصدر المراوح والضواغط والمحركات والمحولات والمضخات وغيرها من المعدات الموجودة على متن محطة الفضاء الدولية ضوضاءً. ومع ازدياد الحاجة إلى المعدات على متن المحطة، يزداد احتمال ارتفاع مستوى الضوضاء. وقد أشار رائد الفضاء توم جونز إلى أن الضوضاء كانت تُشكّل مشكلة أكبر في بدايات المحطة عندما كان رواد الفضاء يرتدون واقيات الأذن. أما اليوم، فلم يعد استخدام واقيات الأذن ضروريًا، كما أن غرف النوم معزولة صوتيًا. ^{[ 37 ]}

لم يُولِ برنامج الفضاء الروسي قطّ أولويةً كبيرةً لمستويات الضوضاء التي يتعرض لها رواد الفضاء (فعلى سبيل المثال، وصلت مستويات الضوضاء على متن محطة مير  إلى 70-72 ديسيبل). ومن غير المرجح أن يتسبب مستوى ضوضاء أقل من 75 ديسيبل في فقدان السمع. ^{[ 38 ]} انظر فقدان السمع الناتج عن الضوضاء لمزيد من المعلومات. قد يؤدي ذلك إلى عدم سماع إنذارات التحذير من المخاطر وسط الضوضاء المحيطة. وللحد من مخاطر الضوضاء، قام مهندسو ناسا بتصميم أجهزة مزودة بتقنية مدمجة للحد من الضوضاء.  يمكن خفض مستوى الضوضاء في مضخة منخفضة الضغط تُنتج 100 ديسيبل إلى 60  ديسيبل عن طريق تركيب أربعة حوامل عازلة. لا يُنصح باستخدام واقيات السمع لأنها تحجب إشارات الإنذار. هناك حاجة إلى مزيد من البحث في هذا المجال، وكذلك في مجالات أخرى تتعلق بالنظافة في مجال الفضاء، مثل تدابير الحد من مخاطر التعرض للإشعاع، وطرق توليد جاذبية اصطناعية، وأجهزة استشعار أكثر حساسية لرصد المواد الخطرة، وأنظمة دعم حياة مُحسّنة، وبيانات سمية إضافية حول مخاطر غبار المريخ والقمر.

يُعزى تكوّن أحزمة الإشعاع المحصورة المحيطة بالأرض إلى المجال المغناطيسي للأرض . تدور محطة الفضاء الدولية على ارتفاع يتراوح بين 370 و 500 كيلومتر (270 ميلًا بحريًا ) ، وهو ما يُعرف بالمدار الأرضي المنخفض (LEO). تنخفض جرعات الإشعاع المحصورة في المدار الأرضي المنخفض خلال ذروة النشاط الشمسي ، وتزداد خلال أدنى مستوياته . وتُسجّل أعلى مستويات التعرض للإشعاع في منطقة شذوذ جنوب المحيط الأطلسي .  

ينشأ هذا الإشعاع من خارج المجموعة الشمسية ، ويتكون من نوى ذرية متأينة مشحونة من الهيدروجين والهيليوم واليورانيوم . وبسبب طاقته، يتميز الإشعاع الكوني المجري بقدرة اختراق عالية. يُعدّ استخدام دروع رقيقة إلى متوسطة الكثافة فعالاً في تقليل الجرعة المكافئة المتوقعة ، ولكن مع ازدياد سمك الدرع، تقل فعاليته.

هذه عبارة عن انبعاثات من الإلكترونات والبروتونات وجسيمات ألفا عالية الطاقة إلى الفضاء بين الكواكب أثناء ثورات التوهجات الشمسية. وخلال فترات ذروة النشاط الشمسي، يزداد تواتر وشدة هذه التوهجات. وعادةً ما تحدث أحداث انبعاث البروتونات الشمسية مرة أو مرتين فقط في الدورة الشمسية.

تؤثر شدة التوهجات الشمسية واضطرابها الطيفي بشكل كبير على فعالية الدروع الواقية. تحدث هذه التوهجات فجأةً دون سابق إنذار، مما يجعل التنبؤ بها صعباً. ستشكل التوهجات الشمسية الخطر الأكبر على الطواقم غير المحمية في المدارات القطبية أو الثابتة بالنسبة للأرض أو بين الكواكب . لحسن الحظ، فإن معظم هذه التوهجات قصيرة الأمد (أقل من يوم إلى يومين)، مما يجعل إنشاء ملاجئ صغيرة الحجم للحماية من العواصف الشمسية أمراً ممكناً.

قد تنشأ مخاطر الإشعاع أيضاً من مصادر من صنع الإنسان، كالفحوصات الطبية، ومولدات الطاقة التي تعمل بالنظائر المشعة، أو التجارب الصغيرة التي تُجرى على الأرض. وقد تتضمن مهمات القمر والمريخ مفاعلات نووية لتوليد الطاقة أو أنظمة دفع نووية ذات صلة . وسيحتاج أخصائيو الصحة في مجال الطيران الفضائي إلى تقييم المخاطر الناجمة عن هذه المصادر الأخرى للإشعاع، واتخاذ الإجراءات المناسبة للحد من التعرض له.

تشير الاختبارات المعملية المنشورة في مجلة فيزياء البلازما والاندماج النووي المتحكم به ^{[ 39 ]} إلى إمكانية تطوير "مظلة" مغناطيسية لصد الإشعاع الفضائي الضار بعيدًا عن المركبة الفضائية. من شأن هذه "المظلة" حماية رواد الفضاء من الجسيمات المشحونة فائقة السرعة المتدفقة من الشمس، إذ توفر مجالًا واقيًا حول المركبة الفضائية مشابهًا للغلاف المغناطيسي الذي يحيط بالأرض. يُعد هذا النوع من الحماية ضد الإشعاع الشمسي ضروريًا لاستكشاف البشر للكواكب والحد من المخاطر الصحية الناجمة عن التعرض للآثار المميتة للإشعاع. ولا يزال البحث جاريًا لتطوير نظام عملي واختباره.