載人航天器密封艙地面微生物控制與檢測

閆 潔，李興乾，張?zhí)m濤

（中國空間技術(shù)研究院 載人航天總體部，北京100094）

0 引言

隨著我國載人航天工程的發(fā)展，載人航天器在軌駐留時間將由原來的數(shù)十天增加到數(shù)年。為保障航天員在軌駐留期間的身心健康和安全，必須對載人航天器密封艙的微生物水平進(jìn)行控制，使其滿足醫(yī)學(xué)要求。

國外飛行經(jīng)驗表明：空間密閉載人環(huán)境非常有利于微生物的滋生和生存，若不加以控制就會給航天員的健康及航天器內(nèi)的設(shè)備帶來巨大的安全隱患。美國針對航天飛機的微生物控制開展了研究，制定了微生物防控標(biāo)準(zhǔn)及有效的監(jiān)控程序。美國和俄羅斯在“和平號”空間站及國際空間站運營和建造期間對微生物的來源、控制、防護(hù)、監(jiān)測及危害性進(jìn)行了一系列研究，制定了一套較為成熟的針對空間站地面及在軌運行期間微生物控制的相關(guān)要求及標(biāo)準(zhǔn)，包括航天器從地面設(shè)計階段一直到在軌運行期間微生物的控制及監(jiān)測方法。

我國由于載人航天技術(shù)起步較晚，且早期載人航天器飛行中不需要考慮在軌駐留問題，所以目前尚缺少載人航天器密封艙微生物控制的有效經(jīng)驗，微生物控制方法和試驗的研究工作開展較少。

為了研究載人航天器密封艙內(nèi)微生物的有效控制技術(shù)，本文以某中短期駐留載人航天器為例，對其微生物控制關(guān)鍵因素進(jìn)行分析，重點探討其地面研制階段密封艙微生物控制方法與檢測試驗。

1 微生物控制要求

參照國外載人航天微生物控制要求，目前國際上對中短期駐留航天器密封艙地面微生物的指標(biāo)要求如表1所示。

表1 載人航天器密封艙地面微生物控制指標(biāo)Table 1 The requirements of microbial control on the ground for the sealed cabin of manned spacecraft

2 微生物控制關(guān)鍵因素分析

根據(jù)艙內(nèi)微生物來源和國外載人航天器微生物控制標(biāo)準(zhǔn)9,，按照載人航天器研制流程（設(shè)計—AIT(總裝、集成和測試)—運輸—發(fā)射場—在軌飛行），載人航天器密封艙地面階段微生物控制關(guān)鍵因素包括5個方面，即密封艙艙內(nèi)原材料、微生物生長環(huán)境、結(jié)構(gòu)設(shè)備表面、艙體所處環(huán)境和發(fā)射前艙內(nèi)環(huán)境。

1）艙內(nèi)原材料因素。原材料是微生物生長與繁殖最直接的載體和營養(yǎng)來源，微生物會附著在材料上生長代謝，造成材料的腐蝕和降解，影響艙內(nèi)生存環(huán)境和結(jié)構(gòu)設(shè)備運行的安全性和可靠性。因此在載人航天器方案設(shè)計階段對艙內(nèi)使用材料進(jìn)行抗菌防霉性能的篩選是保證艙內(nèi)微生物水平的基礎(chǔ)。

2）微生物生長環(huán)境因素。根據(jù)國外飛行經(jīng)驗，在軌階段密封艙內(nèi)會出現(xiàn)通風(fēng)不暢的窩風(fēng)區(qū)域和低溫冷凝的潮濕表面，這些環(huán)境非常有利微生物的生長繁殖。因此，載人航天器在方案設(shè)計階段對具有窩風(fēng)和潮濕的區(qū)域進(jìn)行主動的環(huán)境設(shè)計，可避免出現(xiàn)易于微生物生長的局部惡劣環(huán)境，有效抑制微生物的大量滋生。

3）結(jié)構(gòu)設(shè)備表面控制因素。單機產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)備表面如不進(jìn)行清潔，則在裝器的同時會對艙內(nèi)環(huán)境造成污染。因此需要在地面AIT 階段就對結(jié)構(gòu)設(shè)備表面進(jìn)行定期清潔、消毒和檢測工作，以有效抑制密封艙內(nèi)表面微生物的水平。

4）艙體所處環(huán)境因素。航天器在發(fā)射前的總裝測試及運輸環(huán)節(jié)中，密封艙會與廠房內(nèi)的大環(huán)境、進(jìn)艙操作人員、運輸包裝箱等直接接觸，因此載人航天器在地面階段應(yīng)該對進(jìn)艙操作人員、廠房環(huán)境以及運輸環(huán)節(jié)均采取一定的控制措施。通過對艙體所處環(huán)境及操作人員潔凈程度控制，達(dá)到維持密封艙內(nèi)潔凈度的目的。

5）發(fā)射前艙內(nèi)環(huán)境因素。為了保證整個總裝與測試階段的控制效果，應(yīng)在航天器發(fā)射前對密封艙內(nèi)的空氣和表面進(jìn)行全面的清潔和消毒。

3 微生物控制方法

以某中短期駐留載人航天器為載體，根據(jù)前文所分析的微生物控制關(guān)鍵因素，除方案設(shè)計階段需要考慮的原材料篩選及對艙內(nèi)環(huán)境方案采取主動通風(fēng)及防結(jié)露等設(shè)計外，對該航天器在地面研制階段密封艙微生物控制采取如下方法。

3.1 艙體所處環(huán)境控制

該航天器在研制流程中艙體所處環(huán)境主要包括AIT階段及發(fā)射場的廠房環(huán)境、進(jìn)艙操作人員，以及運輸階段的包裝箱環(huán)境。針對這些環(huán)境采取了如下控制方法。

1）廠房環(huán)境：通過采用高效空氣過濾器、恒溫恒濕以及定期清潔等手段使該載人航天器密封艙所處廠房內(nèi)空氣環(huán)境潔凈度滿足ISO 14644標(biāo)準(zhǔn)中ISO 8級潔凈度要求。

2）進(jìn)艙操作人員：操作人員先進(jìn)行手部消毒，然后穿上防靜電服和防靜電鞋進(jìn)入風(fēng)淋間；進(jìn)入艙內(nèi)前，人員按規(guī)定著裝無菌處理的工作服、口罩、工作帽和工作鞋，工作帽覆蓋所有頭發(fā)，長發(fā)者需要先將頭發(fā)盤好并固定再戴帽子；感冒患者、腹瀉者、皮膚或者呼吸疾病患者等人員嚴(yán)禁進(jìn)入艙內(nèi)。

3）運輸環(huán)節(jié)：運輸前先對包裝箱進(jìn)行清潔。運輸過程中，艙體所處包裝箱內(nèi)溫度盡可能控制在37℃以下，相對濕度控制在60%以下，包裝箱內(nèi)空氣潔凈度滿足ISO8級要求，且對包裝箱進(jìn)行密封處理，以隔絕外界空氣的污染。

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)備表面控制

在AIT 階段使用消毒產(chǎn)品定期對該航天器密封艙內(nèi)的結(jié)構(gòu)和設(shè)備表面進(jìn)行清潔和消毒。具體方法：將無菌布用超純水浸濕，用力擰干至無液體滴下；然后按從左到右、從上到下的順序?qū)刹潦玫脑O(shè)備光滑表面進(jìn)行擦拭，不可來回擦拭；擦完消毒后用干無菌布抹去水跡。

3.3 發(fā)射前艙內(nèi)環(huán)境控制

發(fā)射前，對該載人航天器艙內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)備表面進(jìn)行清潔消毒；使用潔凈氣源對艙內(nèi)氣體進(jìn)行清潔置換，置換完成后關(guān)閉艙門。

當(dāng)航天器在發(fā)射塔架上時，無操作需求不打開艙門；若需要開艙門進(jìn)人，人員按要求換上潔凈服裝并對帶進(jìn)去的物品進(jìn)行消毒清潔，且在人員進(jìn)艙操作時艙門時刻處于關(guān)閉狀態(tài)。

4 微生物采樣檢測試驗

在該載人航天器完成總裝測試、轉(zhuǎn)運到發(fā)射場前及在發(fā)射場均對密封艙內(nèi)微生物控制水平進(jìn)行了檢測試驗。

4.1 檢測時的密封艙狀態(tài)

檢測時，密封艙艙內(nèi)設(shè)備、物品包均安裝到位，艙體內(nèi)裝修與在軌飛行狀態(tài)一致。密封艙一個艙門虛掩供檢測試驗人員進(jìn)出，其余艙門關(guān)閉，舷窗安裝到位或者封堵，盡量使密封艙處于封閉狀態(tài)。

4.2 采樣

密封艙內(nèi)微生物檢測主要包括空氣采樣檢測和表面采樣檢測。

1）空氣采樣

采用撞擊法對該航天器密封艙內(nèi)空氣微生物進(jìn)行采樣檢測：試驗人員將撞擊式空氣采樣器放入密封艙通道中心位置，打開采樣裝置開關(guān)；6 min后，關(guān)閉開關(guān)，將空氣采樣器從艙內(nèi)取出。

2）表面采樣

采用戳印法對該航天器密封艙內(nèi)表面微生物進(jìn)行采樣檢測：將接觸平皿拿到采樣位置，用手將其輕輕按壓在采樣位置表面4～5 s，使培養(yǎng)基和采樣表面接觸充分均勻，然后蓋上培養(yǎng)皿蓋。采樣表面的選擇包括供氣開關(guān)閥門、食品加熱開關(guān)、大小便收集蓋子、操作手柄頭這些航天員在軌經(jīng)常需要操作的設(shè)備開關(guān)處。

4.3 采樣后的微生物檢測

上述采樣中，細(xì)菌采樣使用普通營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基（Nutrient Agar，NA），采樣后將普通營養(yǎng)瓊脂平板置于37℃恒溫培養(yǎng)48 h，計數(shù)細(xì)菌菌落總數(shù)；真菌采樣使用沙氏瓊脂培養(yǎng)基（Sabouraud Dextrose Agar，SDA），沙氏瓊脂平板置于28℃恒溫培養(yǎng)5～7天，計數(shù)真菌菌落總數(shù)。計數(shù)時采用菌落長出后人工肉眼計數(shù)的方式，每個位置采集2個平行樣，用平均數(shù)進(jìn)行比較計算。培養(yǎng)基采用商業(yè)產(chǎn)品，普通營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基和沙氏瓊脂培養(yǎng)基的生產(chǎn)廠家均為連云港端峰生物科技有限公司。

4.4 采樣檢測的試驗結(jié)果

空氣采樣檢測結(jié)果如表2所示，表面采樣檢測結(jié)果如表3所示。檢測結(jié)果表明：密封艙內(nèi)空氣微生物中細(xì)菌總菌落數(shù)＜117 CFU/m，真菌總菌落數(shù)＜5 CFU/m；表面微生物中細(xì)菌總菌落數(shù)＜140 CFU/(100 cm)，真菌總菌落數(shù)＜4 CFU/(100 cm)，均滿足載人航天器地面微生物控制指標(biāo)（參見表1）要求。

表2 某載人航天器密封艙空氣微生物檢測結(jié)果Table 2 Theconcentrationsof airborne microbes in thesealed cabin of a manned spacecraft

表3 某載人航天器密封艙表面微生物檢測結(jié)果Table 3 Theconcentrations of surficial microbesin the sealed cabin of a manned spacecraft

5 結(jié)束語

空間微生物控制技術(shù)是我國載人航天工程實現(xiàn)中長期駐留所必需具備的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文對載人航天器密封艙地面微生物的控制關(guān)鍵因素進(jìn)行了分析，并應(yīng)用于某中短期駐留載人航天器密封艙微生物的控制。對航天器密封艙內(nèi)空氣和表面微生物的實際采樣試驗結(jié)果表明：艙內(nèi)微生物控制關(guān)鍵因素分析較為全面，所采取的具體控制方法有效，控制指標(biāo)滿足要求。