微生物是一類數量繁多、分布廣泛且適應性極強的群體,它們可以通過航天員、設備材料、總裝測試、貨物補給等多種途徑進入空間站。空間站作為一個復雜、封閉、相對獨立的生態系統,微生物在其中扮演著重要角色,影響著艙內系統的穩定性。一旦微生物失衡,便會引發安全風險。 首先,致病性微生物會對航天員的健康構成威脅,可能導致他們生病或造成感染。在長期飛行條件下,航天員免疫功能可能會受到抑制,而某些致病性微生物的感染毒性可能還會增強,進一步加劇了航天員的健康風險。其次,微生物會破壞艙內設備,表現為微生物腐蝕電纜、接插件、電路板等,造成短路或斷路等故障;另外,一些微生物會形成生物膜,堵塞管道,從而引發設備故障。第三,微生物會侵蝕材料,降低材料性能,進而影響空間站的使用壽命。最后,某些微生物還會產生毒素,污染艙內空氣、水源和食物,導致艙內環境惡化。 因此,在軌開展空間站微生物防控對于設備在軌長期穩定運行和保障航天員健康具有重要的現實意義。 1 空間站微生物污染影響 從禮炮號到和平號空間站及目前的國際空間站(ISS),都發生過多次微生物污染事件,如表1所示。早期的禮炮號和和平號由于沒有微生物防控措施或防控手段不足,發生了10余次微生物污染事件,主要是細菌嚴重超標和真菌污染。 表1 空間站微生物污染事件 國際空間站已經建立了相對完備的防控措施,但也偶發微生物污染事件,2011年,國際空間站上的水處理組件運行一年后,檢測到廢水箱電磁閥和過濾器壓力升高。經過調查,發現是進口過濾器被真菌和細菌的生物膜堵塞,生物膜積聚在閥門中,阻礙了該區域的閥門間隙,導致過濾器壓力升高。2018年,在入口管道和電磁閥上發現了同樣的問題,電磁閥的12個通道只有一個沒有被生物膜堵塞(如圖1所示)。 圖1 國際空間站微生物污染事件實例 總結歷次微生物污染事件,可以看出以下幾個特點: (1)空間站微生物污染組成復雜。細菌超標嚴重,可達現行標準的10~105倍;真菌污染現象發生更頻繁;細菌-真菌組合共生形成生物膜。 (2)污染對象多樣。金屬和非金屬材料均會受到微生物的侵蝕;電纜管道和熱控部組件等都易發生微生物污染,特別是在水處理設備中。 (3)微生物污染后果嚴重。引發材料失效和系統故障;增加管道等復雜結構的維修難度;對艙內環境、設備、人員帶來潛在危險隱患。 2 在軌微生物檢測 空間站在軌微生物檢測技術可分為兩種,一種是基于培養法的檢測技術,這一技術的優勢是傳統經典檢測方法、體系成熟、易操作,而且可以獲得微生物活性菌株,為后續研究工作提供材料。 該方法主要包括中溫培養,選擇性培養和原位培養。其中,中溫培養是在評估微生物水平是否超標時采用的檢測方法;選擇性培養主要是針對特殊微生物,如耐輻射、耐藥性、寡營養等微生物;原位培養主要是針對“未培養”微生物進行檢測的技術,如微流控隔離芯片(Ichip)、中空纖維素膜腔(HFMC)、土壤基質膜系統(SSMS)等。 另一種檢測技術是免培養檢測技術,直接對微生物進行檢測,優點是速度快、特異強,常用的有生物標志物檢測技術,如ATP、內毒素等,還有基于核酸擴增的檢測技術。 2.1 在軌微生物培養法檢測技術 在軌微生物培養法檢測是基于微生物的生長和繁殖能力,通過提供適宜的營養物質和環境條件,使微生物在培養基上生長和繁殖,從而實現對微生物的檢測和分析。國際空間站上基于培養法檢測的主要工具有表面采樣工具(SSK)、空氣微生物采樣工具(MASK)和水體微生物采樣工具(EHSWK),分別用于表面微生物、空氣微生物和水體微生物檢測,如圖2所示。 圖2 國際空間站微生物培養法檢測工具 我國空間站已完成在軌建造,在微生物培養法檢測技術方面已開展了研究和應用。上海技術物理研究所張濤團隊研制的微生物在線監測模塊(MOMM),配備了在軌微生物培養和觀察系統,可監測空氣、水和表面樣本中的微生物活性,其配置如圖3(a)所示。成像系統使用帶有白光照明的可見光相機,能夠進行視頻錄制和攝影,分辨率為1280×1024像素。微生物培養皿安裝在相機前,培養皿由蓋子和底座組成,蓋子和底座通過螺紋密封環進行緊固和密封。在培養皿底部和培養皿支架上都安裝了磁鐵,以進行固定;蓋子由玻璃制成,作為培養區域;培養皿支架配備了一個加熱墊,可以在微生物培養階段進行溫度控制。微生物培養皿的具體結構如圖3(b)所示。 圖3 中國空間站上的MOMM 航天神舟生物科技集團有限公司研制了一種適用于空間環境的表面微生物顯色檢測片,并已實現了在軌應用。該檢測片能夠對平整和彎曲表面微生物采樣、顯色培養和檢測鑒定。其主要結構包括表面覆膜、顯色培養基及載體、作為支撐材料的底板,具體結構如圖4(a)所示。黏附材料和顯色培養基及其載體黏附于底板上,其有效取樣和培養基面積為25 cm2 。 最上層表面覆膜可覆蓋有效采樣部位,并與底板緊密貼合,以防止微生物泄露。這三部分材料在最頂端黏合,形成完整的微生物檢測片。通過調整顯色底物,該檢測片可實現多種微生物類型的檢測,如細菌總數、霉菌/酵母、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等,如圖4(b)所示。 圖4 表面微生物顯色檢測片 2.2 在軌微生物免培養檢測技術 空間站的微生物檢測要求包括定量和種屬鑒定,定量信息可以確定采樣區域是否符合微生物可接受限值,種屬鑒定信息可以評估是否存在對人員和設備構成微生物風險的微生物存在,同時可以為微生物的控制措施選用提供針對性的指導。培養法的微生物種屬鑒定需要下行到地面后進行,存在時間滯后性。在軌培養過程亦增加了航天員暴露于高水平微生物的潛在風險。隨著微生物分子檢測技術和便攜式檢測設備在提高檢測速度、準確性、靈敏度以及現場適用性方面的顯著進步,基于分子法的微生物檢測技術已在國際空間站和我國空間站上開展了多項研究和驗證試驗,證明了在空間進行實時測序分析和直接微生物鑒定的可行性。 國際空間站已實現從環境樣品采集到微生物在軌鑒定的全流程技術驗證試驗,如表2所示。2016年7月,首次開展了mini8 miniPCR 儀(miniPCR bio)的脫氧核糖核酸(DNA)擴增實驗,實現質粒、斑馬魚基因組DNA 和亞硫酸鹽處理的DNA 序列的聚合酶鏈反應(PCR)擴增,成功證明在微重力環境中使用miniPCR儀進行DNA 擴增的可行性;2016年9月,利用英國牛津納米孔技術公司的納米孔測序儀MinION™ DNA sequencer,成功實現λ 噬菌體、大腸桿菌(菌株K12)和小鼠(BALB/c)基因組DNA混合物的在軌測序,驗證了在空間站中進行實時測序分析和直接微生物鑒定的可行性。兩次試驗均是從地面攜帶的DNA 樣本。 表2 國際空間站微生物檢測標志性事件 2017年8月,國際空間站上開展的Genes in Space-3項目,首先將空間站采集的樣品在培養皿中培養一周,然后制備微生物樣本DNA,再通過聚合酶鏈反應擴增,最后通過基因測序識別微生物,首次完成了從微生物樣品制備到基因測序的完整微生物鑒定流程,能夠在軌鑒定空間站上的微生物,實現了在軌快速、原位鑒定的重要進展。 2018年11月,在國際空間站上成功進行了免培養微生物檢測試驗驗證。航天員使用聚酯拭子,采集了國際空間Node 1S4 餐桌墻、多功能模塊窗簾、日本實驗艙(JEM)空氣濾網三個位點的表面樣品。利用酶促反應結合熱裂解方式提取DNA,使用磁珠-聚乙二醇鹽溶液純化DNA,然后利用miniPCR 儀完成16S擴增文庫構建,最后使用MinION™ DNA sequencer完成測序。圖5為國際空間站的核酸檢測設備。 圖5 國際空間站核酸檢測設備 我國空間站已成功開展了基于分子法的在軌微生物檢測驗證試驗。空間站內配置了微生物在線監測模塊-在軌核酸擴增和檢測系統。該系統采用離心微流控芯片的環介導等溫擴增(LAMP)技術,可以檢測微生物種類。系統的配置和主要屬性如圖6(a)所示。其核心組件包括離心機、熒光檢測模塊和核酸擴增單元。離心機產生離心力以驅動微流控芯片中的液體流動,熒光檢測模塊是一個小型化的激光誘導熒光(LIF)檢測系統,如圖6(c)所示。該模塊使用激光二極管作為激發光源,光電二極管作為光電探測器,并具有自動增益調整和激光的恒定功率控制功能。核酸擴增單元是一個完整的、獨立的最小實驗單元系統,由三個關鍵組件組成:溫度控制系統、微流控芯片和液體系統,如圖6(b)所示。 圖6 中國空間站上的微生物在線監測模塊 ——在軌核酸擴增和檢測系統 溫度控制系統包括一個加熱墊和一個數字溫度傳感器,可以在擴增溫度63±0.5℃的精確范圍內控制微流控芯片中擴增反應池的溫度。液體系統主要用于將裂解液注入微流控芯片,由液體儲存盒和蠕動泵組成,通過連接器和硅膠管連接,形成一個封閉的液體回路,如圖6(d)所示。 目前,該系統已完成兩次在軌驗證試驗。首次試驗于2023年3月進行,并于2024年7月成功實現了兩個單元的擴增和檢測。陽性結果的Cp 值接近地面結果,陰性對照正常。 空間站在軌微生物檢測技術是保障航天員健康和空間站環境安全的重要手段。目前,從傳統的培養法到先進的免培養檢測技術正在空間站上開展技術驗證與應用。自我國空間站全面建成兩年以來,培養法檢測技術已成功在軌應用,對空間站艙內表面、空氣和水體微生物水平進行了監測與評估。 同時,免培養檢測技術也完成了基于微流控芯片的環介導等溫擴增(LAMP)技術的驗證。然而,實現從環境樣品采集到微生物在軌鑒定的全流程相關技術仍有待進一步開展,如環境樣品采集技術、在軌DNA測序技術等。未來,空間站在軌微生物檢測技術未來主要發展方向還包括生物膜檢測技術、嗜極微生物檢測技術、病原微生物檢測等。 3 在軌微生物控制 3.1 空間站微生物控制要求 為確保空間站在軌長期穩定運行和保障航天員健康,國際空間站從微生物限值要求到航天器材料選用均制定了相關標準及規范。我國于2024年3月正式實施的國家標準GB/T 43421-2023《載人航天器微生物控制要求》,對載人航天器密封艙設計、研制、在軌運行等階段的微生物控制提出了明確要求,同時對實/試驗載荷、貨物、航天員、國際合作來訪飛行器的微生物控制作出了相應規定,為我國空間站的微生物控制提供了依據。 3.1.1 空間微生物限制要求 國際空間站和我國空間站均對艙內空氣和物體表面微生物限值提出了明確要求,如表3所示。根據新發布的國家標準GB/T 43421-2023《載人航天器微生物控制要求》,我國空間站微生物限值水平要求與國際空間站保持一致。國際空間站自1998年建成以來,已軌運行20 余年。其在軌運行初期(2000—2006年),艙內表面微生物數量相對較低,細菌數量在2.5×10~4.3×104 CFU/(100 cm2)范圍、真菌數量范圍為2.5×10~3.0×105 CFU/(100 cm2)。然而,到2019年,真菌數量已增至1.1×103~3.1×106 CFU/(100 cm2),真菌水平已嚴重超出了100 CFU/(100 cm2)的限值水平。國際空間站真菌水平的變化趨勢值得我國高度重視。閆潔等指出,我國某航天器密封艙內空氣微生物中,細菌總菌落數<117 CFU/m3,真菌總菌落數<5 CFU/m3;表面微生物中,細菌總菌落數<140 CFU/(100 cm2),真菌總菌落數<4 CFU/(100 cm2),均符合載人航天器地面微生物控制指標。 表3 載人航天器密封艙空氣和物體表面微生物限值 3.1.2 航天材料選用抗菌防霉要求 美國國家航空航天局(NASA)對空間中使用的材料提出了抗真菌性能的要求,根據NASA《航天器材料與工藝》(NASA-STD-6016C)文件和《電子設備通用指南》MIL-HDBK-454B的要求,首選材料為表4中列出的28種非真菌營養材料,包括金屬、聚四氟乙烯、聚酰亞胺等。這些材料在使用前無需進行抗真菌測試;可接受材料為表4中列出的20種真菌營養材料,包括聚氨酯、天然和合成橡膠、有機多硫化物等,這些材料在使用前需按照MIL-STD-810 方法508規定的真菌測試進行為期28天的真菌測試,只有在滿足0或1級時方可接受,同時要求,在材料與殺菌劑混合測試時,不能影響電子或物理性能,且不應使用含汞的殺菌劑。在一些特定應用場景下,NASA允許使用不滿足防霉要求的原材料,包括以下9種情況: 表4 航天器材料抗真菌篩選范圍 (1)材料已經過測試,符合MIL-STD-810《環境工程因素和實驗測試》(測試方法 508)的要求; (2)材料用于真菌可見且易于清除的航天員區域; (3)材料在密封容器內使用(最大泄漏率小于10-4 cm3/s),且內部容器濕度在環境條件下相對濕度低于60%; (4)材料用于溫度始終高于或等于外部環境溫度的電氣箱內; (5)材料僅具有邊緣暴露; (6)材料通常存放在沒有凝結風險位置; (7)材料用于非關鍵的現成電氣/電子硬件,存放和/或在航天員區域使用; (8)材料為氟碳聚合物(包括乙烯-四氟乙烯共聚物)或硅酮; (9)材料用于航天員服裝。 值得注意的是,在某些條件下,聚酰胺可能會受到選擇性微生物的攻擊。然而,對于軍事應用,它們被認為是非真菌營養材料;酯類特別容易受到攻擊。 我國載人航天器國家標準GB/T 43421-2023《載人航天器微生物控制要求》對原材料的選用提出了明確規范: (1)優先選用具有天然抗菌防霉成分的材料; (2)載人航天器艙內非金屬材料應同時滿足藤黃微球菌、表皮葡萄球菌、變異庫克菌、大腸桿菌、白色念珠菌等微生物的抗菌率高于90%;黑曲霉、黃曲霉、雜色曲霉、繩狀青霉、球毛殼霉等的防霉等級優于1級; (3)載人航天器裝水容器材料及廢棄物收集袋材料應滿足載人航天相應防霉要求。 通過綜合比較可以發現,我國在原材料抗菌防霉選用的要求上與NASA保持一致,均要求非金屬材料要求防霉等級達到0級和1級,且在防霉評價中選用的主要霉菌種類也相同。針對密封容器、易清除、無結露等特定應用場景的原材料選用,當其不滿足防霉要求時,NASA也給出了相應的指導意見,而我國目前尚未形成明確規范,需要根據具體應用工況條件進行評估后選用。 3.2 空間微生物腐蝕防護技術 微生物腐蝕(MIC)主要是指由微生物的存在及其生命活動所引起的腐蝕現象,這種腐蝕可以對金屬材料造成嚴重的局部破壞。在空間站內,微生物腐蝕能夠對硬件功能造成生物降解并產生或引起金屬腐蝕,如空調、水循環系統等。國際空間站針對微生物腐蝕研究重點包括:(1)艙內腐蝕微生物采集和多樣性研究;(2)極端環境下微生物耐受性和產酸能力研究;(3)微生物對材料腐蝕評價和影響等方面。 1999年,Klintworth等從長期運行的空間站艙內發生腐蝕的材料表面分離獲得腐蝕性菌株,并在模擬載人密閉艙室的微氣候環境下進行了材料的微生物腐蝕試驗。 2004年,Novikova等利用電鏡研究了雜色曲霉和擴展青霉在艙體外表面幾個月后的形態和功能變化,結果表明真菌可以在艙外極端環境中存活。俄羅斯在國際空間站俄羅斯艙外進行了相關試驗顯示,在艙外環境下,微生物細胞內脂肪含量增加,返回后對抗生素的耐受性增強,分泌出的酸含量和種類增多,對材料的腐蝕能力也顯著提高。此外,材料的服役時間越長,受微生物的腐蝕程度越嚴重。 2007—2010年,Alekhova等利用從“和平號”空間站和國際空間站俄羅斯艙段設備表面分離出的28株霉菌,對空間站設備中大量使用的鋁鎂合金(AMG-6)進行了地面微生物腐蝕評價。研究發現,在空間站結構表面上分離的真菌中,以曲霉屬為代表的黑曲霉(Aspergillus Niger)具有較強的腐蝕性,導致鋁鎂合金試樣表面出現較深的點蝕坑。 2022年,Hupka等在國際空間站上開展了研究航天材料表面的生物被膜的在軌試驗,將接種了產紅青霉(Penicillium Rubens)的7種材料(不銹鋼316、鋁合金、鈦合金、碳纖維、石英、硅膠和納米草)送至國際空間站,研究微重力對生物被膜形態和生長的影響。結果表明,隨著培養時間和材料類型的不同,材料表面的生物膜的重量、厚度和表面積方面表現出差異性。在第15天時,碳纖維和不銹鋼在空間條件下的生物膜表面積較地面條件分別增加了37.8%和30.7%。但到了第20天,這兩種材料在空間和地面條件下的生物膜表面積已無顯著差異。 我國空間站目前正在開展空間微生物腐蝕領域的研究工作,航天神舟生物科技集團有限公司成功研制了微生物-材料相互作用科學實驗裝置(ISED),該裝置位于我國空間站夢天實驗艙航天基礎試驗機柜內,現已利用該設備開展了多批次微生物與材料相互作用實驗,如圖7所示。 首批次實驗于2023年2—5月進行,進行了為期90天的黑曲霉對聚氨酯涂層電路板、裸銅電路板、熱縮管等多種材料的微生物腐蝕試驗。聚氨酯涂層電路板研究結果顯示,在空間中黑曲霉形成了結構更加復雜的生物膜結構、代謝有機酸草酸濃度顯著增加、聚氨酯涂層劣化更嚴重,涂層劣化與生物膜引起的生物降解和有機酸等腐蝕介質引起的化學降解有關。 研究同時發現,空間環境和地面環境下涂層腐蝕形貌存在顯著差異,地面環境下涂層內部為多孔狀腐蝕層,而在空間環境中,腐蝕與菌絲的侵入性生長有關,沒有多孔狀腐蝕區域,這種差異表明天地之間存在兩種不同劣化機制,還需要進一步研究。 裸銅電路板的研究結果顯示,空間環境和地面環境裸銅電路腐蝕產物存在差異,地面樣品中腐蝕產物主要包括氧化亞銅(Cu2O)、氧化銅(CuO)和堿式碳酸銅(Cu2(OH)2CO3),而空間樣本的腐蝕產物除了上述物質外,還發現了草酸銅(CuC2O4),表明空間環境中草酸參與了腐蝕過程。去除腐蝕產物后,發現空間樣品的最大腐蝕坑深度和腐蝕坑直徑都顯著大于地面樣品,表明空間樣品局部腐蝕更為嚴重。 圖7 中國空間站材料與微生物交互作用試驗 為滿足載人航天器應用環境及設計要求,空間微生物腐蝕防護材料須具備無毒、長效、廣譜抗菌、輕質等性能。表面涂層防護技術是微生物腐蝕防護的重要手段之一,防護方式主要分為以下三種:防止微生物在其表面生長(抗黏附/微生物排斥)、釋放抗菌劑殺死微生物(抗菌劑釋放)以及通過接觸殺死微生物(接觸殺滅)。 (1)抗黏附涂層旨在通過非細胞毒性機制阻止微生物在表面的最初黏附。通過控制表面親水性或疏水性以及表面粗糙度,可以降低固體表面與微生物之間的黏附力,從而在厚生物膜形成前輕松移除細菌。抗黏附涂層的材料包括高親水性水凝膠、交聯聚合物、無機薄膜(如銅/還原氧化石墨烯、介孔二氧化鈦、含鋅纖維)等。 (2)釋放型涂層通過持續釋放加載的活性化合物來發揮作用。活性物質的釋放可以通過擴散、侵蝕/降解或水解共價鍵來實現。釋放型涂層可以直接從材料表面洗脫,提供局部高濃度的抗菌劑,從而最小化抗藥性風險。廣泛使用的抗菌化合物包括抗生素、抗菌肽、金屬(如銀、銅、鋅、鎵)、鹵素和酶等。 (3)接觸殺滅型涂層設計為在微生物接觸表面時立即殺死它們,而不是釋放抗菌劑進入環境。抗菌化合物通過柔性的疏水聚合物鏈被共價錨定在材料表面。其作用機制包括對微生物造成物理損傷或形成強氧化劑來滅活微生物,如利用有機分子抗菌效應、金屬陽離子抗菌、納米粒子、活性氧物質等。 4 空間微生物防控技術體系 空間微生物防控是一項復雜的系統工程,涉及多個系統、多個環節和多個學科,需要全面規劃和協同推進。楊宏等參考國外空間站的資料,對空間站微生物的來源、種類及其衍變因素進行了分析;在微生物對空間站的危害分析的基礎上,提出了地面與空間站共同監測與控制的微生物綜合控制措施,建議微生物控制應高度重視、微生物的控制必須從控制微生物的來源入手、從設計上采取措施控制微生物的生長、持續監測空間站的微生物狀況。 伊佳等開展了空間微生物防控體系研究的探索,從系統層面明確載人航天器空間微生物防控技術體系構成和工作內容,提出的研究內容包括空間微生物菌種的鑒定、空間環境下微生物對材料的腐蝕研究、建立載人航天器艙內材料數據庫、空間材料抗菌涂層處理及評價、微生物控制技術五個方面。 孫伊等提出空間站艙室微生物污染防控體系的構成包括材料的生物穩定性檢測評價、設備加工組裝全過程控制、發射前檢測和消毒、在軌檢測和消毒四個方面。 李飛等根據對載人航天工程微生物控制任務的分析,提出包括分析、鑒定、評價、控制四個方面的空間微生物控制技術體系。 目前,關于空間微生物防控技術體系研究主要從航天工程任務流程角度進行設計,而本文則基于系統工程風險管理的邏輯,構建了一個空間微生物防控技術體系。該體系包括微生物風險識別、檢測、評價和控制四個環節,如圖8所示,這四個環節是一個有機整體,相互關聯。 圖8 空間站微生物防控技術體系 第一環節是微生物風險識別環節,旨在辨識空間站中存在幾類微生物相關的風險,確定防控的具體對象。該環節的目標是保障人員健康、維護設備安全和確保環境宜居。據此,對微生物風險進行識別。其中,與人員相關的風險包括病原性微生物和耐藥性微生物,與設備相關的風險包括腐蝕性微生物、生物膜形成微生物,這些風險可能會導致設備故障。此外,與環境相關的風險則涉及微生物總負荷量及微生物群落穩定性。 基于此,可制定重點關注的微生物名單,明確空間微生物防控的重點關注對象。開展微生物風險識別,需依托空間微生物菌種資源庫和信息數據庫,這些資源作為微生物風險識別的核心基礎,為識別過程提供基礎保障。該環節涉及的主要技術發展方向包括微生物菌種資源庫和數據庫、航天器材料腐蝕數據庫、條件致病菌和病原菌識別、嗜極微生物識別等。 第二個環節是微生物風險檢測,即對防控的具體對象進行針對性檢測,判斷空間站各系統是否存在相關風險。檢測的目標是微生物負荷量和微生物種類。 主要工作內容包括:一是建立上行和在軌階段微生物檢測規范和標準。二是追蹤艙內微生物豐度的變化趨勢,包括空氣、表面和水體等。三是微生物檢測新技術和設備的研制,要求能夠在軌、快速、原位和精準檢測。微生物風險檢測環節涉及的主要技術發展方向包括生物膜檢測技術、嗜極微生物檢測技術、在軌實時檢測技術等。 第三個環節是微生物風險評價環節,即對檢測的結果進行評估,判斷是否滿足要求。評價的目標是評估風險等級、決策控制措施。該環節涉及的主要技術發展方向包括微生物群落動態變化分析技術、腐蝕動力學分析、風險預警模型開發等。 主要的工作包括以下四點:一是判斷微生物負荷水平是否合格。目前國際空間站和我國空間站均已建立微生物控制標準,從起飛前到在軌飛行階段均有相應的要求。二是評估所采取的微生物控制方法是否有效,是否需要調整控制措施。三是分析對人、機、環造成的影響。四是預測微生物可能發展趨勢。 第四個環節是微生物風險控制環節,旨在通過一系列相應措施,對空間站各系統進行微生物控制,避免發生微生物風險。該環節的目標是確保控制措施的有效性。該環節涉及的主要技術發展方向包括在軌原位修復技術、長效涂層防護技術等。 主要采取的控制措施包括以下四點:一是環境條件控制。如使用高效濾膜對空氣進行凈化處理,控制艙內濕度,減少局部結露等。二是對艙內表面進行定期的清潔和消殺。三是原材料選用控制。如選用具有抗菌防霉性能的材料,對材料表面進行陽極氧化、疏水疏塵表面工藝處理,降低微生物在材料表面的附著。四是應用涂層防護技術。主要是將抗菌因子加入涂層中起到殺菌或抑菌作用。主要抗菌因子包括Ag+、Cu2+等金屬離子、季銨鹽類抗菌劑、抗菌肽和仿生涂層等。 5 結語 空間站微生物防控技術對于保障長期載人航天任務的順利進行至關重要。通過對國外空間站微生物污染事件的分析,可以看出微生物污染問題極為嚴峻,其組成復雜、污染對象多樣且后果嚴重,這為我國空間站微生物防控提供了警示。 當前,我國空間站已進入應用與發展階段,在微生物檢測與控制技術方面取得了顯著進展,在軌微生物檢測技術已涵蓋培養法與免培養法,并且均有相應設備和技術應用;在微生物控制方面,也制定了明確要求并配備了有效的技術手段。 最后,基于系統工程風險管理角度構建了防控技術體系,涵蓋風險識別、檢測、評價和控制四個環節,各環節相互關聯,涉及多項技術發展方向,有助于全面提升空間站微生物防控能力,確保航天員安全和航天器穩定運行,從而推動我國載人航天事業發展。 來源:《空間科學與試驗學報》2025年第1期
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