特殊的“战斗”：航天器微生物防控策略

在航天活动中，微生物一直是科学家们担心的问题之一。

微生物通过各种途径进入航天器之后，会在舱内空气、材料表面和冷却水系统等处大量繁殖。微生物会腐蚀舱内材料以及设备线路、元器件；附着有微生物的漂浮性尘埃对舱内空气质量也会造成影响。

空间科学试验发现，微重力和空间辐射等环境因素会使微生物生长繁殖能力增强、毒力增强、抗性增强，微生物代谢活性、细胞功能、基因表达发生变化。

对航天器建造材料进行微生物控制，保证其清洁等级是实现对航天器微生物污染进行源头控制的首要环节，因此国外航天机构对材料微生物控制技术进行了比较系统的研究。

不同的微生物控制技术适用于不同级别或不同部位的硬件。一些技术只能杀灭材料表面上存在的微生物，而穿透能力强的技术则能杀灭硬件内部的微生物，如嵌套结构、多孔/扩散结构或集成结构内部的微生物。

航天器微生物污染主要来源

在“礼炮号”、“和平号”空间站以及国际空间站的运行过程中均发生过严重的微生物污染事件。国际空间站采集到多种条件致病菌、腐蚀菌，栖息在不同种类的结构材料中并参与高分子聚合材料及金属材料的生物降解。

空间环境中分离到的大部分微生物与人相关，其中细菌主要包括葡萄球菌属、微球菌属，真菌主要为酵母菌属（念珠菌）；此外还有一些微生物来源于环境，其中细菌主要为芽孢杆菌属、真菌主要为曲霉属、青霉属和枝孢属等。

航天器面临的微生物污染包括细菌污染和真菌污染。其中需要重点防范的主要包括产芽孢微生物、嗜极微生物，以及真菌的菌丝和孢子。

产芽孢微生物

产芽孢微生物可以在极端环境下形成休眠体——芽孢。芽孢含水量极低，包膜厚而致密，通透性低，抗逆性强，对热、干燥、化学消毒剂和辐射等理化因素有较强的抵抗力，可以极大提升微生物在各种严酷环境下的生存能力，普通消毒方法均无法有效杀灭。

因此，这类微生物成为了AIT厂房中的优势微生物。常见产芽孢细菌主要为芽孢杆菌属、梭状芽孢杆菌属、芽孢乳酸菌属等。NASA曾在航天器AIT装配厂房中分离出一株短小芽孢杆菌Bacillus pumilus SAFR-032，该菌对UV254的抗性提升约300倍，暴露在5%的过氧化氢溶液中存活率提升了12%。

由于芽孢所能耐受的环境与火星等地外星球的环境具有一定的相似性，因此它成为了深空探测行星保护工作中微生物污染控制指示对象和重点控制对象，一般情况下，以芽孢对数值减少量来评估某种技术对微生物污染的清除效果。ESA和NASA均制定了芽孢检测的标准操作程序。主要是利用拭子或擦布对航天器表面进行微生物采样，对样品进行80℃热处理15min后进行计数。

芽孢检测流程

嗜极微生物

嗜极微生物指的是在极端环境下能够生存和繁殖的一类微生物，航天器建造过程中，由于采取了严格的微生物防控措施，普通的微生物被有效杀灭，嗜极微生物在长期的洁净环境控制过程中也逐渐成为AIT厂房的优势微生物。ESA和NASA从航天器AIT厂房环境中分离出了多种类型的极端微生物，包括嗜热、嗜冷、耐辐射、嗜碱、厌氧等嗜极微生物。Expose-R2任务中曾在真空环境中发现了一类异常球菌（Deinococcus geothermalis）。嗜极微生物适应极端环境的特性使它们有在空间暴露环境或地外星球环境中存活的可能，因此是火星探测以及地外生命探测活动中所需要重点防控的微生物。

航天器微生物控制技术

干热灭菌

干热灭菌技术是最常用的航天器灭菌技术，是第一种满足行星保护要求的灭菌技术。NASA对航天器进行干热灭菌时，通常采用“135℃-22h-1个循环”的方式，并规定所有航天器硬件必须通过“145℃-36h-3个循环”的耐受测试。2013年，结合细菌芽孢耐热性的最新研究结果，对干热灭菌技术操作规范进行了修订，可以杀灭耐热性更强的细菌孢子。

辐射

紫外辐射：UV254能够破坏微生物DNA，使其无法繁殖或生长甚至完全消亡，是医疗行业常用的杀菌方案。但紫外线的穿透能力很弱，辐射效果只能直接照射到表面，不能作用于材料内部、孔内部，会受到材料几何结构、表面遮挡物、照射距离和表面污染初始水平等多种因素的影响。目前NASA和ESA都未将紫外辐射作为航天器微生物控制的标准程序。