长期载人航天器微生物控制难点及对策

张兰涛，魏传锋，侯永青，白梵露

（中国空间技术研究院载人航天总体部，北京 100094）

1 引言

载人航天器为航天员长期驻留创造了良好的环境，同时也为微生物的滋生提供了有利条件。致病微生物会影响航天员健康，霉菌会腐蚀和降解空间站平台材料，导致出现平台失效或密封性下降等问题[1-3]。因此，微生物的控制是长期载人航天器工程设计中的一项重要工作。

由于微生物在地面工作生活中无处不在，在航天器设计过程中的微生物控制工作极为不易。如何避免舱体被微生物污染，又如何保证在轨飞行下密封舱内有效的微生物控制，是未来航天器设计中需要面对的难题。本文针对此项难题，分析了长期载人航天器微生物控制的六大难点，并提出了相应解决对策及建议。

2 难点分析及对策

2.1 缺乏微生物控制认识及对策

前期载人航天器工程设计人员中主要涉及工程、机械、电信专业等领域的技术人员，对航天器应用及性能方面的设计考虑较多，而在设计航天器生物安全方面考虑尚不是很全面。这主要由于设计人员在操作过程中缺乏对微生物控制的相关知识，对于微生物污染的来源、途径、污染程度和控制措施等方面没有正确的认识，从而导致在地面总装测试过程中，无法避免污染源的引入，对于污染途径也不能很好地认识清楚，并且采取的控制措施也不全面等。

针对微生物控制工作中人员缺乏微生物控制认识的问题，需采取以下几项对策：

1）由微生物专业人员制定航天器总装测试阶段的微生物控制操作规范，要求总装测试人员必须遵守相关规范。从被动角度保证将研制过程中的污染降低到最小。

2）对载人航天器工程设计人员和总装测试人员进行统一微生物相关知识培训，使其了解微生物来源、污染途径、污染带来的危害等。从而在航天器设计和总装测试时壁面舱体污染。

3）组织总装测试人员参观高洁净度的洁净室，加强总装测试人员对微生物控制的直观认识，也有助于工作人员对微生物控制操作规范等规章制度的理解和执行。

2.2 装器单机产品控制不严及对策

每一个航天器设计涉及到十几个分系统和上千件产品。这些产品大多来自不同的生产单位，由于这些生产单位制造产品的厂房已建设完成，总体设计人员无法改变现有的生产环境，同时加上生产制造工人的操作是总体设计人员无法规范的。因此，在单机产品交付到总体装器之前，产品的整体洁净度总体人员无法控制。这就导致交付的产品中微生物水平参差不齐。并且在单机交付后，需在产品存放间存放，在此期间的产品洁净保存也是较为困难的。因此，如何控制好装器前单机的微生物水平便成为了一个难点。

针对微生物控制工作中的装器单机产品控制不严的难点，可考虑采取以下对策：

1）在单机验收前，要求分系统对单机进行统一洁净处理，包括对表面的消毒擦拭、风淋吹除等方式。

2）在单机验收时，对单机进行抽样检测，不合格率达到10%，则统一拒收，重新进行洁净处理。

3）在单机交付后，统一将单机放置在产品存放间洁净位置，将单机进行洁净密封袋保存，并加盖洁净无尘布，防止长期放置暴露放置状态下空气微生物沉降在产品表面[2]。

2.3 厂房环境洁净控制不严及对策

航天器建造的厂房属于特大厂房，在此类厂房制造较高洁净度的环境是非常困难的。目前条件下，航天器总装测试环境洁净度为ISO8级[4]。根据国外航天器厂房建设经验，此洁净度环境能够满足对于载人航天器的总装测试的要求。但在使用的洁净厂房中往往检测的洁净度要求却无法达到ISO8级，这其中最根本的原因是厂房环境控制不严，包括厂房的定期检测、清洁、相关配套设施的完善等管理因素。这些直接影响了现有厂房的洁净度水平。因此，如何保持厂房洁净环境成为了航天器总装测试厂房面临的一个难点。

针对微生物控制工作中厂房环境控制不严的难点，可考虑采取以下对策：

1）减少厂房污染来源：需制定严格厂房人员进出流程及路线。物料进厂房必须进行外包装表面气体吹除，严格控制人和物的微生物源引入。

2）厂房配置的微生物控制设施需定期进行清洁。如：厂房配置的更衣柜、工作服、工作鞋等需定期进行消毒清洁，并由厂房统一进行管理。

3）厂房环境日常监测和控制：制定厂房内部定期检测、清洁规章制度，并指定专人负责进行监督执行；定期检测厂房空气过滤器的滤效，并及时更换；在检测结果超出要求控制水平后，采取专门的应急微生物控制措施。

2.4 人员洁净操作不规范及对策

在航天器总装测试厂房中的人员种类较多，总体分为三类人员：进厅工作人员、进舱工作人员、参观人员。第一类，进厅工作人员。进厅人员中主要是进行总装测试人员，这类人员与舱体接触较为频繁，但往往不注意自身洁净操作，比如穿着的工作服不定期清洁，手部触摸非洁净物体后又接触舱体，工作时不配戴洁净口罩等。第二类，进舱人员。进舱人员每一项操作都接触到舱体内部，直接关系到在轨飞行期间舱内微生物整体水平。但进舱人员往往不注意鞋底的清洁，鞋底是最易于引入微生物污染的来源。同时进舱人员在舱内缺乏定期手部清洁，导致人手所到之处均受到不同程度污染。第三类，参观人员。参观人员也是大厅环境污染的重要引入源之一，其存在的主要问题是防护不充分，包括不穿鞋套或鞋套穿脱不规范，不穿防静电工作服或工作服穿脱不规范，进出不通过风淋间等。

针对微生物控制工作中的人员洁净操作不规范的问题，可考虑采取以下对策：

1）制定分别适用于进厅、进舱、参观人员的洁净操作规章制度，并对所有进厅操作人员统一进行严格培训，建立监督检查机制，定期考核工作人员的洁净操作规范掌握程度；对于参观人员需由专人带领，并在参观中引导参观人员行为，确保在遵循厂房规章制度的前提下完成参观活动。

2）厂房需配置人员洁净操作规范中所必须的洁净设施。例如：免洗手消毒液、洁净工作服、一次性鞋套、口罩等。

2.5 密封舱内处理措施有限及对策

载人航天器密封舱内微生物控制措施，需要能够在长期密闭有人环境中使用。既要保证舱内微生物处理措施的有效，又要保证航天员的人身安全。因此处理措施及手段显得极为有限。空气中微生物的去除只能依靠舱内气体净化系统中的空气过滤器[5]。但空气过滤器只能将携带有微生物的尘埃颗粒暂时滤过，并不能将其杀灭。因此，长期积聚后反而会成为舱内新的污染来源。对于表面微生物去除技术，舱内只能依靠消毒剂日常擦拭，这对于消毒剂的使用就提出了更加严格的要求。杀灭微生物的同时，不仅不能给航天员身体健康带来影响，也不能给舱内引入异味，更重要的是还要考虑消毒剂对平台设备材料的兼容性问题等。

针对微生物控制工作中密封舱处理措施有限的难点，可考虑采取以下对策：

1）在密封舱气体净化系统中除安装空气过滤器外，适当增加微生物杀灭装置，可利用社会其他领域使用的消毒新技术，如等离子体微生物杀灭技术等[6]。

2）定期检查舱内气体净化系统中的过滤器滤效，并定期进行更换。更换时需考虑过滤网的及时密封，防止出现滤网附着尘埃颗粒的再次扩散，成为新的污染源。

3）参考国内潜艇等密闭舱消毒技术，联合研制新型消毒剂，并制定消毒剂的使用工况和浓度。对消毒剂的杀菌有效性、人员安全性、材料兼容性进行系统评价。

2.6 空间微生物变异及对策

根据国际空间站研究数据表明，密封舱内空间辐照是地面的100倍左右，空间站上微生物的侵袭性会因受到长期的空间辐射而得到强化。研究发现真菌对材料的腐蚀能力和对抗生素耐受能力均较地面时更强，分泌出的酸的类型和数量也更多[7]。因此，地面非常稳定的材料在空间站上也会被微生物腐蚀得很厉害，而且越老的材料越容易受到微生物的腐蚀。为此，国际空间站为延寿进行的寿命评估工作中，俄罗斯将微生物的腐蚀对结构强度的影响纳入了对结构材料的寿命评估。以上微生物变异带来的一系列问题，也直接导致了在轨航天器密封舱内的微生物控制难度增加[8,9]。

针对微生物控制工作中的空间微生物变异问题，可考虑采取以下对策：

1）利用中长期载人航天器舱内微生物样品，进行微生物腐蚀相关机理研究，找出微生物变异与腐蚀能力的相关关系，进而理论指导后续采取的防腐蚀措施[10]。

2）根据微生物变异情况，在地面模拟腐蚀工况下进行消毒剂杀灭评价，并定期改变在轨密封舱内使用的消毒剂种类。

3）利用空间变异菌种制定适用于长期载人航天器材料抗菌防霉要求的试验标准，统一进行材料抗菌防霉性能评价，满足抗菌防霉要求的材料方可使用。也可对微生物易于腐蚀的材料，在地面进行抗腐蚀处理。如添加纳米银涂层或其他抗菌材料等[11]。

3 结束语

载人航天器密封舱内微生物控制是一个需要研制各环节全方位开展才能共同实现的系统工程。作为中国航天器设计面临的新问题，设计人员更多地需要从洁净控制角度改变对航天器设计的认识。只有从航天器设计之初，将洁净意识融入到航天器研制，航天器发射、直至后期在轨运营过程中，并在研制中注重每一个细小环节的设计，规范每一项洁净操作，才能从根本上解决我国长期载人航天器工程的微生物控制难题。

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