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Jun 18, 2023

Collecteur solaire de lumière ultraviolette pour l'irradiation germicide sur la Lune

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 8326 (2023) Citer cet article

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Des missions prolongées avec équipage humain sur la Lune sont prévues comme une porte d’entrée pour la colonisation de Mars et des astéroïdes au cours des prochaines décennies. Les risques pour la santé liés à une permanence prolongée dans l'espace ont été partiellement étudiés. Les dangers dus aux contaminants biologiques aéroportés représentent un problème pertinent dans les missions spatiales. Un moyen possible d'inactiver les agents pathogènes consiste à utiliser la gamme de longueurs d'onde la plus courte du rayonnement ultraviolet solaire, appelée gamme germicide. Sur Terre, il est totalement absorbé par l’atmosphère et n’atteint pas la surface. Dans l'espace, un tel composant solaire ultraviolet est présent et une irradiation germicide efficace pour l'inactivation des agents pathogènes aéroportés peut être obtenue à l'intérieur des avant-postes habitables grâce à une combinaison d'un revêtement interne hautement réfléchissant et d'une géométrie optimisée des conduits d'air. Le collecteur solaire de lumière ultraviolette pour l'irradiation germicide sur la Lune est un projet dont le but est de collecter le rayonnement solaire ultraviolet et de l'utiliser comme source pour désinfecter l'air de recirculation des avant-postes humains. Les positions les plus favorables pour placer ces collecteurs se situent au-dessus des sommets des pôles de la Lune, qui ont la particularité d'être la plupart du temps exposés au rayonnement solaire. En août 2022, la NASA a annoncé avoir identifié 13 régions candidates à l'atterrissage à proximité du pôle Sud lunaire pour les missions Artemis. Un autre avantage de la Lune est sa faible inclinaison par rapport à l'écliptique, qui maintient l'altitude apparente du Soleil dans une plage angulaire réduite. Pour cette raison, le rayonnement solaire ultraviolet peut être collecté via un collecteur simplifié de suivi du soleil ou même un collecteur statique et utilisé pour désinfecter l'air recyclé. Des simulations de dynamique des fluides et d'optique ont été réalisées pour soutenir l'idée proposée. Les taux d'inactivation attendus pour certains agents pathogènes aéroportés, courants ou trouvés sur la Station spatiale internationale, sont rapportés et comparés à l'efficacité du dispositif proposé. Les résultats montrent qu'il est possible d'utiliser le rayonnement solaire ultraviolet directement pour désinfecter l'air à l'intérieur des avant-postes lunaires et offrir un environnement de vie sain aux astronautes.

Les programmes d'exploration spatiale du futur proche consistent à ramener les humains à la surface de la Lune. Le programme Artemis de la NASA vise notamment à amener la première femme et le prochain homme sur la Lune d'ici 2024 pour la première mission de longue durée1. Un objectif établi pour différentes agences et organisations est de coloniser la Lune et de construire des avant-postes sur la surface lunaire2. À plus long terme, l’objectif est d’amener des humains sur Mars : les expériences qui seront menées sur la Lune serviront en partie à soutenir les futures missions sur Mars. La longue durée et l’exploration des vols spatiaux habités posent de nombreux défis importants, exposant les astronautes à des environnements présentant des risques incertains et inconnus pour leur santé. Des dangers potentiels biologiques, chimiques et physiques sont posés à chaque phase d'une mission3,4,5,6. Actuellement, la Station spatiale internationale (ISS), dotée d'un personnel permanent depuis que le premier équipage résident est entré dans l'installation le 2 novembre 2000, est le seul environnement de vie et de travail orbital en dehors de l'atmosphère terrestre. Des études menées à l’intérieur de l’ISS font état de risques potentiels pour la santé lors des vols spatiaux7,8,9. Des publications et des rapports sur les expériences menées à bord de la station spatiale chinoise Tiangong, dont l’équipage est en service depuis 2021, sont attendus dans les prochaines années10. Des publications provenant d'autres engins spatiaux à court terme, tels que la navette spatiale, sont disponibles8,11. Parmi les considérations de santé, des risques sont posés par l'exposition aux contaminants environnementaux, biologiques et chimiques en suspension à bord des engins spatiaux, qui pourraient être les mêmes à l'intérieur des modules habitables de la future Lune. Les contaminants biologiques peuvent être liés à des infections, des allergies et des effets toxiques. Bien que la plupart des micro-organismes ne menacent pas la santé humaine et joueront probablement un rôle essentiel (par exemple, assainissement des déchets, purification de l'eau et de l'air, sources de nourriture lors de missions de longue durée), les micro-organismes peuvent produire des effets néfastes sur la santé des membres d'équipage, en raison notamment au déficit du système immunitaire des astronautes12 et aux modifications des caractéristiques moléculaires et biochimiques des micro-organismes13,14,15.

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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