GSS的新傳感器技術(shù)為NASA提供了可穿戴式二氧化碳監(jiān)測

在一個只有人類呼吸的、自給自足的封閉系統(tǒng)中，隨著時間的推移，二氧化碳濃度會逐漸積累到一個對人體有害的水平。 因此，在人類存在的任何形式的航天器中，需要執(zhí)行去除二氧化碳和再生氧氣的有效機制。

由于不受重力影響，空氣在這些位置的移動方式不同。 氣體熱量不會上升，這反過來導(dǎo)致空氣混合顯著減少。 因此，國際空間站（ISS）上的乘客在飛船上的時間比我們其他人經(jīng)歷著更多的二氧化碳水平。 在地球上，它僅占空氣含量的0.03％（相當(dāng)于0.23 mmHg的分壓）。 美國國家航空航天局設(shè)定的長航時航天器最大允許二氧化碳濃度是該數(shù)值的兩倍多，為0.07％（分壓為0.53毫米汞柱）。

雖然廣泛的陸地研究表明，這種增加的CO2的濃度對接觸者的長期健康沒有影響，但必須承認(rèn)國際空間站上的船員仍然經(jīng)常出現(xiàn)急性二氧化碳毒性癥狀——如頭痛或嗜睡。

人們普遍認(rèn)為，人類對微重力條件的適應(yīng)將導(dǎo)致太空中的宇航員對二氧化碳濃度升高變得更加敏感。 這不僅會導(dǎo)致身體不適，還會影響他們的認(rèn)知能力和反應(yīng)時間——從而可能導(dǎo)致安全風(fēng)險。平均而言，機組人員在國際空間站上停留約6個月，因此很好地掌握CO2濃度對人體的持續(xù)影響顯然具有重要價值。

考慮到實際操作的可行性，這就意味著我們無法（在技術(shù)上或經(jīng)濟上說）除掉足夠多的二氧化碳來復(fù)制一個和地球相同的環(huán)境條件，但國際空間站必須在空氣中存在的相對較高的環(huán)境二氧化碳濃度下正常運行。 然而，它的居住者必須在可接受的環(huán)境中生活和工作。

多年來，美國宇航局的科學(xué)家們一直想徹底調(diào)查二氧化碳濃度升高如何影響國際空間站機組人員執(zhí)行任務(wù)的能力，但是他們花了很長時間才找到一種方法來獲取足夠高精度的數(shù)據(jù)。 鑒于這一點，如前所述，在沒有重力影響的情況下，空氣混合不夠充分，通過壁掛式傳感器來準(zhǔn)確反映機組人員接觸二氧化碳的情況，已被證明是一種不適合的方法。 相反，真正需要的是可穿戴式二氧化碳傳感器。

可穿戴式二氧化碳傳感器必須滿足幾個關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)。 這些如下：

1.它必須是低功耗從而保證電池長時間使用——這樣可以在很長一段時間內(nèi)持續(xù)運行而無需再充電。

2.為了佩戴者舒適和方便，傳感器必須緊湊并且重量輕。

3.簡單的數(shù)據(jù)接口也很重要，這樣可以使獲取的信息易于訪問，同時使系統(tǒng)開發(fā)過程盡可能短且簡單。

在對市場上的CO2傳感器進(jìn)行全面調(diào)查后，在美國宇航局技術(shù)轉(zhuǎn)讓計劃中工作的科學(xué)家們做出來最終選擇： 指定了蘇格蘭傳感器制造商SST和氣體傳感解決方案GSS共同開發(fā)的解決方案。 這兩家公司在原型設(shè)計階段與NASA保持聯(lián)系，提供行業(yè)領(lǐng)先的COZIR CO2傳感器的詳細(xì)性能信息，以便該設(shè)備可以在空間站的個人CO2監(jiān)測器上最大限度地利用起來。

負(fù)責(zé)執(zhí)行該項目的NASA團(tuán)隊隨后圍繞COZIR傳感器構(gòu)建了一個定制設(shè)計的基板。該硬件提供了所有必要的功率調(diào)節(jié)，處理，數(shù)據(jù)存儲和無線連接。 該團(tuán)隊還設(shè)計了一個可以3D打印的外殼，并且可以輕松地夾在機組人員的衣服上（傳感器穿在他們的衣領(lǐng)背面）。

由于COZIR氣體傳感器采用了非常先進(jìn)的光電子器件，這些低功率，高速非色散紅外（NDIR）器件可以覆蓋低至ppm CO2水平的測量范圍（0至5000ppm量程和±3％的精度）。 它們可以支持10年以上的使用壽命。該傳感器適用于此應(yīng)用的關(guān)鍵是它們的省電功能——設(shè)備僅有3.5mW的功耗在每秒2次采樣的頻率下。 這意味著它們比目前市場上的標(biāo)準(zhǔn)NDIR傳感器功耗低50倍。 另一個優(yōu)點是易于連接 - 方便的串行連接便于數(shù)據(jù)傳輸。

通過這些個人二氧化碳監(jiān)測器，可以在很長一段時間內(nèi)對宇航員的個人二氧化碳接觸進(jìn)行簡單而不顯眼的跟蹤。 宇航員將能夠通過自定義iPad應(yīng)用程序直接查看自己的數(shù)據(jù)。此外，從機組成員獲得的所有數(shù)據(jù)集隨后將匯總并由研究人員使用，以更好地了解太空旅行期間二氧化碳接觸量增加的長期影響。 這不僅可以證明對國際空間站的工作人員非常有益，而且可以用于未來對火星的探測任務(wù)。