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空间舱室内微生物污染防控

/prevention and control of microbial pollution in space cabin/
条目作者付玉明

付玉明

最后更新 2023-05-30
浏览 130
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在航天器的设计建造、在轨运行各阶段采取适当的监测、控制和防护措施,来控制航天器的微生物水平,防范其风险的技术与研究活动。

英文名称
prevention and control of microbial pollution in space cabin
所属学科
航空宇航科学与技术学科

空间舱室作为一个密闭空间,其100千帕的总压力,21千帕的氧分压,约23℃的恒温环境和30%~70%的相对湿度,能够保证航天员在密闭舱内生存和工作。但同时也为微生物的生长和繁殖提供了有利条件。微生物也一直是“国际”空间站安全运转的潜在威胁。实践表明,“国际”空间站的一些内壁材料如橡胶、钛、铝等已经被微生物严重腐蚀,导致了一系列的设备故障问题。

针对空间舱室内微生物产生、传播和腐蚀作用等三个特点不同但又密切关联的区间或者阶段,“国际”空间站逐步建立健全了从舱内结构设计、舱室和设备材料的生物稳定性评价、设备加工组装全过程微生物控制、发射前微生物检测和消毒处理到在轨检测和清洁消毒的空间站生物安全保障体系。

主要分为以下阶段的控制。

①航天器设计阶段控制。在舱内环境设计、材料选择等过程中,需要尽量减少有利于微生物生长的环境或表面,避免使用易受微生物腐蚀破坏的工程材料,对可能发生的微生物风险采取预先防护或对抗措施。

②飞行前控制。首先,对于航天员自体微生物控制。每一位乘员都要进行体内微生物分析,重点检查其体内寄生的条件致病微生物。针对检查结果为每位乘员预备药物。在发射前的一段时间,要对航天员的生活制度进行严格的控制,发射前要对其体表进行处理。其次,对于空间站在整个加工过程中都要进行抗菌处理。所有要运送到空间站的材料,都要符合材料的微生物污染安全评价体系。通过评价的材料在加工制作之前还要进行生物清洁度检测。最后,为了保证舱室内的清洁,所有材料在加工之前都要进行严格的预处理。设备在进入组装车间时,通常要在其外面套两层密封袋,进入缓冲区以后去掉一层,进入车间之后再去掉一层,以保证清洁。组装完之后,将整个舱室封闭起来,任何人都不允许接近。在发射前用双氧水对其表面进行擦拭或喷洒消毒,然后取样分析。培养分析过程需要耗费一定的时间,如果该舱室在分析结果出炉前就已经发射了,一旦检测结果证明有问题,在卸货之前要仔细清洁。

③飞行中控制。自从1998年“国际”空间站开始建立,宇航员就会定期对舱室环境中空气、室内水体和设备内部的微生物进行清理和控制。“国际”空间站宇航员进行大扫除的工作内容包括以下几方面:一是空气系统。宇航员要定期对站内空气进行过滤消毒。细菌过滤原件能够捕捉空气中的细小尘埃,这些细小尘埃上一般都寄生着细菌微生物。针对设计时没有考虑到的通风死角可以通过便携式除菌装置进行处理。宇航员要定期调节载人空间站内的空气湿度。由于微生物喜欢湿环境,在高湿环境下繁殖很快,所以空间站内空气湿度应保持在65%~70%以下,以避免微生物迅速繁殖。二是设备表面。航天员还要定期对空间站内部表面进行消毒。宇航员们定期用消毒湿巾、去污剂和擦布等消耗品擦拭空间站内部金属表面,进行舱室清洁的频率为一周一次。所有这些消毒清扫措施能够很好地清理空间站内部有限的生存空间,创造良好的工作和生活环境,保证宇航员身体健康,保证空间站飞行安全。三是水系统。水系统分为冷却水系统与饮用水系统。俄罗斯研究者对航天服的冷却系统中的冷却液及冷却系统表面进行了分析。在太空中运行时温度等环境因子会发生变化,可能引起浮游微生物变化,对冷却液的流动产生影响。同时降低热交换能力,使材料老化速度加快。必须配置相同或者相似的冷却液,定期加入碘来处理微生物,在管道表面用镍钎焊作为表面,减少管道的微生物附着,使微生物数量稳定在5×105~1×106个/100毫升以内。饮用水的消毒至关重要,直接关系到航天员的安全。对于运送至太空的水,可以使用2~5毫升/升碘来消毒,使其符合饮用要求。宇航员要对站内用水进行氧化消毒。他们使用专门的催化氧化仪器对空间站用水进行消毒,并把水加热到90~130℃,以杀死大部分细菌,然后再进行离子化处理。这样处理后,每百毫升水中含微生物应不超过100个。四是排泄物处理。人在航天器中的新陈代谢活动会产生汗液、尿液以及粪便等排泄物。这些排泄物都是微生物容易生长的环境,而且排泄物中可能携带着致病菌,必须对排泄物进行收集和处理。美国航空航天局采用《固态和液态废物干燥袋》(Solid And Liquid Waste Drying Bag)专利的干燥袋进行排泄物的收集和处理。干燥袋包括一个气体和液体都无法透过的外层和一个只能透过气体的内层。固体废物进入内袋后,其中的液体通过蒸发变成蒸汽,进入内袋和外袋之间的夹层。之后再将蒸汽抽离,通过这样的方法将固体废物中的水提取出来。水进入水处理系统,固体废物则密封后由补给船运回地面。上完厕所后,航天员用湿巾清洁厕所,然后将湿巾放在旁边的一个容器中,以防止污染。

④航天员身体清洁。航天员在空间站如果长时间不洗澡,身上难免会有细菌滋生,而且也会产生异味。为了避免这样的情况,航天员通常先用蘸有清洁液的毛巾擦拭,之后用蘸有清水的毛巾擦拭,来清理皮肤表面。

总之,空间舱室内微生物污染防控是一项非常复杂的系统工程,贯穿于载人航天器设计、建造和运营的整个过程,涉及微生物监测、控制、防护等多种技术手段,只有建立系统全面的微生物控制技术体系,才能有效保障载人航天工程的安全。

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