将来の宇宙飛行士は、デューンのようなこの装置で自分の尿を安全に飲むことができるだろう

将来、宇宙飛行士が不毛な地球外の地を旅する時、水がなくなることへの恐怖や、不快な尿の混じり合いをすることなく旅をすることができるようになるかもしれない。これは、デューンからヒントを得た新しい尿ろ過システムのおかげである。コーネル大学の研究者が開発し、 Frontiers in Space Technology 誌で詳細が発表されたこの小型のバックパック型装置は、重くて扱いにくい水の備蓄を必要とせずに、宇宙探査者がより長い宇宙ミッションを遂行するのに役立つ可能性がある。また、実質的には大きな大人用おむつに相当する生物学的排泄物を処理する宇宙飛行士の現在のアプローチを近代化するのに役立つかもしれない。

この新しい装置は、小さなシリコンカテーテルを使用して宇宙飛行士の尿を即座に識別し、吸収する。搭載された統合型逆浸透および順浸透システムは毒素を濾過し、残った液体を安全な飲料水として保存する。研究者らは、この新しい濾過システムが成功すれば、宇宙飛行士に「飲料水の継続的な供給」を提供し、重い備蓄水を持ち歩かずに環境を探索できるようになると述べている。NASA が今後数年間に科学的探査を最優先に据えた複数の有人月面ミッションを計画していることを考えると、この簡素化された移動性は特に役立つだろう。

宇宙飛行士は尿が多すぎて水が足りない

宇宙遊泳中に用を足す方法は、華やかなものではありません。現在の宇宙服には、重量の約 300 倍の液体を保持できる「最大吸収性衣類 (MAG)」と呼ばれる機能があります。略称は「MAG」ですが、基本的には高吸収性おむつであり、尿、血液、排泄物を約 2 リットル保持できます。宇宙探検家がトイレを利用できない時間がどれほど長いかを考えれば、これは多いように思えるかもしれません。宇宙飛行士は 1 日に約 7 回排尿することが予想されており、修理や科学研究のための典型的な宇宙遊泳は、平均 6 時間半続きます (8 時間を超える宇宙遊泳も珍しくありません)。

控えめに言っても、多くの宇宙飛行士は、たるんだお尻で、その重要で、しばしばリスクの高い作業を行うことを快く思っていない。研究者によると、宇宙飛行士は、宇宙服に生じる廃棄物の量を減らすために、少量で低カロリーの食事を選択する場合もあるという。しかし、その戦略は、同時に、精神的にも肉体的にも最高のパフォーマンスを発揮する能力を損なう可能性がある。また、汚れた MAG おむつを長時間着用すると、皮膚の炎症や感染症の可能性も本質的に高まる。

「これは間違いなく、最適なパフォーマンスや健康の維持につながらない環境だ」と研究者らは書いている。

しかし、おむつが濡れるのは問題の半分に過ぎません。船外活動は肉体的に過酷な作業であり、宇宙飛行士が適切に水分補給をしないと、簡単に脱水症状に陥る恐れがあります。現在の宇宙服には、わずか 32 オンスの水が入った宇宙服内ドリンク バッグ (IDB) が装備されています。宇宙で仮想の探査機が故障した場合の宇宙飛行士の対応に関する過去のシミュレーションでは、割り当てられた水の 50% ～ 100% を消費するという結果が出ています。これは現時点でのことです。今後計画されている月と火星へのアルテミス計画では、宇宙飛行士は現在よりもはるかに長い時間を船外活動と探査ミッションに費やす必要があります。そのような環境で生き残るには、はるかに多くの水が必要になります。

「現在、宇宙飛行士の宇宙服内のドリンクバッグには1リットルの水しか入っていません」と、コーネル大学ウェイル医学部とコーネル大学研究スタッフのソフィア・エトリン氏は言う。「これでは、計画されているより長時間の月面船外活動には不十分です。月面船外活動は10時間、緊急時には最長24時間も続くことがあります。」

コーネル大学の研究者たちは、プロトタイプの「尿収集装置」（UCD）で、これら2つの問題を同時に解決できるかもしれない解決策を見つけたと考えている。この装置は、宇宙飛行士の排泄物を吸収して濾過し、栄養素を再び加えて飲料水として使えるようにする。このプロセスは、特に排泄物や汗には適用されない。全体として、一般的な尿100～500mLを濾過するプロセス全体は5分未満で完了する。この話に聞き覚えがあるとすれば、それはおそらく、この装置が、フランク・ハーバートの1965年のSF小説でハリウッド大ヒット作となった『デューン』で使用された「スティルスーツ」に概念的に似ているからだろう。その場合、小説のフレーメンは頭からつま先まで布とチューブで覆われており、水分を非常に価値のある水に変えることができる。それに比べると、UCDは控えめだ。硬いバックパックのような形をしたこの装置は、面積が38X23で、8キログラム（17ポンド）の追加重量がある。

尿濾過装置の仕組み

実際には、新しい濾過システムは、以前のおむつを、尿が容易に通過できるようにするための数層の布地に置き換えることになる。大量の尿を吸収することを目的とした以前のMAGシステムとは異なり、UCDは反対に、できるだけ植物の液体を吸収しないようにする必要がある。新しいシステムを使用する宇宙飛行士は、一部のアスリートが性器の上に着用する「カップ​​」に似た、性別固有のシリコン外部カテーテルを着用する。吸収性ハイドロゲルに取り付けられたRFIDタグは、湿度検出器を使用してカップが液体で満たされたかどうかを認識します。カップがいっぱいになると、真空ポンプが作動して尿を濾過装置に移動させます。

作動すると、尿は抗菌性の布地層を通過してからポンプで送られ、宇宙飛行士の皮膚との接触を最小限に抑えます。次に、この装置は統合された正浸透および逆浸透システムを使用して、尿から塩分やその他の溶質を濾過します。得られた浄化された水は最終的に電解質で強化され、宇宙服のドリンクバッグにポンプで戻され、宇宙飛行士はそこで一口飲むことができます。研究者によると、この濾過システムは尿を水にリサイクルし、その効率は 85%、水分回収率は最低でも 75% です。このプロセス全体は 20.5 ボルトのバッテリーで駆動されます。

UCD の初期試作はすでに進行中です。コーネル大学の生理学および生物物理学教授で、研究の筆頭著者であるクリストファー・メイソン氏は、この装置は、将来のアルテミス宇宙飛行士が経験する可能性のある微小重力環境を模擬した環境でテストできると述べています。この装置により重量が増加し、バッテリーの問題が宇宙服を複雑にする可能性がありますが、研究者は衛生面と水の貯蔵という点でのトレードオフは「十分に価値がある」と主張しています。

実は、デューンのような静止スーツの要素を実現しようとする試みはこれが初めてではない。先月、YouTube チャンネル Hacksmith Industries のエンジニアが個人用保護具 (PPE) と予備のコンピュータ部品を組み合わせて、着用者の汗を飲料水に効果的に変換できるスーツを作成した。その場合、エンジニアはスーツに埋め込まれた熱電冷却器を使用して、周囲の水分を液体に変えた。Hacksmith のプロトタイプも UCD 濾過装置も、デューンに登場するタイプのスーツの 1 対 1 の代替品ではないが、どちらも、かつては SF 文学の分厚いページに留まっていた理論的な設計が、現実世界の科学的取り組みを再考する役割を果たせることを証明している。