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NASAのEVAのための減圧プロトコル

以前の日記「ダイビング後の飛行機搭乗についてのガイドライン見直し」FAD(Flying After Diving)絡みの話題)でやどかりさんとコメントのやり取りをしていて、NASAは(資金も人材も豊富で)もっと研究が進んでいるのではというお話が出たんですが、詳細なデータは公開していないんだろうけどNASA(National Aeronautics and Space Administration)EVA(Extravehicular Activity、いわゆる船外活動のこと)はどうなってるのか、興味本位でざっと関連しそうなWebサイトを見てみました。

実のところ以下「The Martian(邦題はなぜかオデッセイという訳のわからない題名w)」を観ちゃった、というのが直接の書くきっかけではあったのですが。w

なぜ上記でEVAと書いたかというと、ご存じの方も多いかと思いますが、通常はISS(あるいはSpace Shuttle)の中にいるクルーは1気圧(14.7psia)に与圧された空気で活動していて、EVAする際に着用する宇宙服(Spacesuit、NASAではEMU(Extravehicular Mobility Unit)と呼ぶ)は約0.3気圧(4.3psia)。むろんその外側は真空で0気圧。
つまりダイビングとは状況が違うものの、減圧シーケンスを踏む必要があるという点では同じ。

EVAについては概要が「Space Station Extravehicular Activity」に載っています。
で、今だとISSでは通常のEVAだと「Campout Prebreathe Protocol」という手順に従って外(宇宙空間)へ出るようです。が、映画でやっているように電光石火の速さでEMUを装着してEVAで活躍する、なんてことはあり得ないと。
当然ながらそれやったらあちらの世界へ逝ってしまいます。(笑)
まぁ、映画ですから、減圧してるところを撮っていたらそれだけで上映時間が終わってしまって、しょうがないんですけどね。w

Campout Prebreathe Protocolの内容は以下となっているらしいのですが、space shuttle missionの頃から何度も見直しが行われているらしく、正確なところは分かりかねます(理解が間違っているかも・・・)。
※ここでの圧力の単位は以下PSI(pound per square inch)と書きましたがPSIA(絶対圧のPSI、PSI absolute)です。

1. 14.7psi(1気圧)での30分のO2プリブリーズ
2. 31分かけて14.7から10.2psia(0.7気圧)へ減圧
3. 10.2psiで8時間40分。但しFO2は26.5%(enriched air)へ戻す
4. O2のプリブリーズしながら10分かけて14.7psiへ再加圧
5. O2プリブリーズしながら30分間hygiene break(歯磨きや手洗いのことかな) →O2マスク付けてhygiene breakって、どういうことだろう?w
6. O2プリブリーズしつつ31分かけて10.2psiへ減圧
7. 10.2psiのままFO2を26.5%にし60分かけてスーツ(EMU)着用
8. 17分間のパージ(EMUの生命維持装置をO2でパージということかな)とリークチェック
9. EMUの中で40分間のO2のプリブリーズ
10. EMUの中でさらに10分間、追加でO2プリブリーズ
11. 30分かけて4.3psi(0.3気圧)へ減圧 => その後EVAへ

※blog主的には、3でなぜこんなに時間をかけるのかいまいちピンときません・・・クルーはこの間何をやってるんだか・・・
※この一連のプロトコルは他クルーのいるキャビンではなくQuestというエアーロック内で実施するみたいでして、EMU装着前のO2プリブリーズは酸素マスクを付けて行う。このエアーロックでは食事やトイレ、緊急時のキャビンクルーとの連携等の対応が可能な設備だとか。
※ここで記載したCampout Prebreathe Protocolとは別に、かかる時間を大幅に短縮できるExercise Prebreathe Protocolというのも予備的な手段として用意している。これは文字通りプリブリーズの前段階でエクササイズを実施し血流を増大させN2を効率よく排出させるやり方。

EMU内は約0.3気圧でO2(純酸素)を呼吸する、まぁリブリーザーみたいになってるようですが、どうやらこれ以上気圧を上げると、よりプレブリーズプロトコルの時間を短縮できるものの、反面EMUがパンパンに膨らんで動きにくくなるのでこの気圧に落ち着いたみたいですね。逆に気圧を下げるといっても最低限PO2は0.21気圧以上に保つ必要があるし、0.3気圧なら(酸素中毒の心配もなく)純酸素にした方がEMUの構造が敢えてN2と混合するより簡単になる、という感じかな。
将来、内部をもっと加圧しても殆ど膨らまず且つ動きやすいEMUが開発されれば、EVAのためのプリブリーズプロトコルはもっと短縮できその分EVAの時間に当てることが可能なのでしょうが、残念ながらまだ無理。

以上、EVA詳細に関してはNASA等の技術レポートが色々公開されていのですが、その中の一つを参考までに以下へ載せておきます。今までのプリブリーズの歴史とか、そのプロトコルにどのような問題があってどう改良してきたのか、DCS等の臨床データの評価はどうだったか、みたいなことがかなり詳しく書かれているようですが、残念ながら時間無くてとても全部読んでいられません。w
「Prebreathe Protocol for Extravehicular Activity Technical Consultation Report」





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tag : NASA 減圧 プロトコル EVA ISS プレブリーズ 酸素 窒素 FAD

コメント

No title

いつも宇宙ステーションの中の空気源はどうしているのかと思うのであります。もちろん一種のリブリーザーですから、少しずつ、酸素が代謝した分補充するのでありましょうが、それでも大の大人が長期間滞在するのでありますから、どうやって運んでいくのでしょうか。空気をもっていったから、減圧症のリスクがあるわけで、また酸素100%では、肺の酸素中毒を起こしてしまうし、生き物にとって宇宙は不便なものであります。

 あの宇宙服の手袋部分は、アメリカのどこかのおばあさんがひとりで縫っているのだとか、縫い目から漏ったらどうするのだろうと思うのです。

re: No title

やどかりさん、

ISSのキャビン内の空気は、窒素は減りも増えもしないとして、クルーが消費して減った酸素は(ソーラーパネルからの電力でもって)水を電気分解して作ってるみたいですね。その水はというと、・・・、地上から持って行くのか燃料の水素と酸素から生成しているのか、両方なのか・・・
回収した二酸化炭素は熱分解してメタンと水にして水を(他の生活排水も含め)再利用するとか・・・

あ、手袋ってそうなんですか。まぁ、量産品じゃないから職人さんの出番なんですね。w

No title

苦労して読まれたようですが、さすがに資料が古すぎます。
>概要が「Space Station Extravehicular Activity」
は2004年のレポートです。

2011年に行われたSTS-134のミッション以降、手順は短縮されました。
現在のISLEプロセスは190分。
船外活動は270分。
リセットは130分。
8分でISSの室内気圧まで加圧します。
偵察機のパイロットは500回に1回程度の減圧症実績。
これを元に、EVAは、20回に1回の減圧症まで許容されています。
まだまだ宇宙の船外活動は専門職のようです。

re: No title

anonymousさん、

コメントありがとうございます。
最近のpre-breathe protocolは随分短縮されているんですね。
ISLE(In-Suit Light Exercise) EVA Pre-Breathe Protocolというのは知りませんでした。

以下「STS-134: EVA-3 debuts ISLE – MMT opt against mission extension」でちょっぴり勉強させてもらいました。
https://www.nasaspaceflight.com/2011/05/sts-134-eva-3-debuts-isle-mmt-no-mission-extension/
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