Введение

Проблема биодеструкции материалов и оборудования приобретает огромное значение в условиях космоса, поэтому к космическим аппаратам предъявляются повышенные требования по безопасности и надёжности. Микроорганизмы-биодеструкторы различных видов, осваивая космическую среду в качестве экологической ниши, оказывают негативное влияние на работу приборов и систем жизнеобеспечения. Зачастую эти процессы носят опасный, а порой и необратимый характер. В процессе эксплуатации космического корабля особое значение приобретает задача раннего выявления и предотвращения развития явления биокоррозии корпуса, приводящего к потере его прочности и возможной разгерметизации.

Биодеструкция в условиях космоса

В качестве источника питания в космосе микроорганизмы используют так называемый конденсат, то есть влагу, выпадающую в отдельных местах в виде росы и возникающую из-за отсутствия сквозной вентиляции в замкнутом объёме воздуха. Развитие микроорганизмов могут стимулировать и физические факторы, присущие космическому полету – периодические изменения солнечной активности, радиационные уровни, градиенты магнитных полей и т.д.

Наиболее опасная ситуация может возникнуть в случае заноса возбудителей особо опасных инфекций в кабину космического объекта на этапах предполётной подготовки, строительства (развёртывания) и эксплуатации космического комплекса на околоземной орбите. Такая ситуация теоретически вероятна, во-первых, в случае неадекватных или недостаточной эффективных методов предполётного физиологического, микробиологического и иммунологического обследований членов экипажей, при которых не выявлены (но реально имеют место) бессимптомное носительство возбудителей и латентные инфекции. Во-вторых, это возможно при недостаточных карантинных мероприятиях, осуществляемых в отношении экипажей, контактирующего с ними и работающего в космических объектах персонала; недостаточного контроля за качеством бортовых рационов питания и запасов воды; а также при несоблюдении санитарно-гигиенических регламентов предполётной подготовки.

Накопленный на сегодняшний день опыт работы человека в условиях космоса (равно как и на этапе подготовки космических объектов к эксплуатации) свидетельствует о развитии микробиологических повреждений материалов космической техники, что в силу специфики сферы деятельности представляет особую опасность и неминуемо приводит к огромному экономическому ущербу.

В качестве примера микробиологического воздействия можно привести неоднократный выход из строя аппаратуры на орбитальной станции «Мир» [1]. Так, из-за градиента температур между самой станцией и космическим спускаемым аппаратом, пристыкованным к станции в течение полугода с отключенными системами жизнеобеспечения, на поверхности иллюминатора спускаемого аппарата образовывался конденсат.

Также следует упомянуть нештатную ситуацию, связанную с выходом из строя блока управления прибора связи, доставленного на Землю при возвращении членов 24-й экспедиции (сентябрь 2010 г.). Визуальный осмотр позволил обнаружить множественные дефекты: видимый рост плесневых грибов на металлическом корпусе с внутренней и внешней стороны, многочисленные наросты синего цвета на изоляционных трубках в местах повреждения изоляции, на изоляционных трубках, на изоляционных трубках контактных колодок.

Также в ходе эксплуатации МКС завершил свой срок службы противопожарный датчик, являющийся сигнализатором дыма. После его доставки на Землю внутри корпуса был обнаружен видимый рост грибов, а на металлической игле, куда подается электрический ток, — рост мицелия гриба и коррозия самой иглы.

Опыт работы на станциях «Мир» и МКС позволяет относиться к биоповреждениям (биодеструкция полимерных материалов, биокоррозия металлов, формирование биоплёнок, возникновение биопомех) как к наиболее значимому и постоянно действующему фактору риска, обусловленному жизнедеятельностью микроорганизмов в космических отсеках станций. Результаты взаимодействия микроорганизмов с материалами определяются агрессивностью биоповреждающих агентов, стойкостью объектов агрессии и характеристиками среды, в которой оно осуществляется. Это взаимодействие может протекать на границе раздела фаз «газ-твёрдое тело», «жидкость-твёрдое тело» и начинается с фаз адсорбции и адгезии клеток и спор на поверхности материала.

Кроме того, обеспечение микробиологической безопасности среды обитания является необходимым условием поддержания высокого уровня работоспособности членов экипажа. Как показали результаты клинико-физиологических обследований космонавтов [2], к постоянно действующим медицинским рискам, обусловленным особенностями состояния их аутамикрофлоры в условиях космического полета, относятся:

- дисбактериозы кишечника (редукция бифидо- и лактофторы);

- активация условно патогенного компонента в составе микрофлоры различных биотопов, например, возрастание массивности микробных очагов у носителей патогенных стафилококков на слизистых оболочках полости носа, полости рта и зева, формирование очагов этих микробов у индивидуумов, ранее свободных от носительства указанных микроорганизмов, в результате взаимообмена микрофлорой между членами экипажа, увеличение титров других условно патогенных бактерий в составе кишечной микрофлоры;

- появление в результате транслокации на слизистых оболочках полости носа, полости рта, зева, а также на кожных покровах не свойственных для этих биотопов микроорганизмов: кишечной палочки и других энтеробактерий;

- на фоне снижения местного и общего иммунитета формирование условий для возникновения оппортунистических инфекций по типу аутоинфекционных процессов и «перекрёстных» или экзогенных инфекций.

Эксплуатация станций «Мир» и МКС показала, что безопасность и надёжность космических аппаратов в первую очередь будет зависеть от решения ряда выявленных гигиенических проблем, и это решение носит приоритетный характер ввиду их масштаба.

Учитывая многолетние сроки эксплуатации космической техники, создаются необходимые предпосылки для реализации механизмов отбора и адаптации, а также проявления изменчивости со стороны микроорганизмов, развития процессов резидентного заселения среды космического комплекса различными группами микроорганизмов в качестве своеобразной экологической ниши. Очевидно, что эти процессы могут приобретать опасный и необратимый характер в силу участия в них патогенных для человека агентов и микробов - биодеструкторов, способных вызывать биоповреждения конструкционных материалов, отказы и нарушения в работе различного оборудования и практической невозможности осуществления в условиях полёта процедур тотальной стерилизации.

Заключение

В связи с вышеизложенным, очевидна актуальность проблемы биоповреждений материалов и оборудования в условиях космоса. Получение таких данных является необходимым условием для создания научно-обоснованной системы экологического мониторинга и противомикробной защиты применительно к будущим космическим полетам, что позволит минимизировать риски возникновения внештатных ситуаций, а также уменьшить экономический ущерб, наносимый микроорганизмами.

Литература

1. Н.Д. Новикова, Микробиологическая безопасность космических полётов [Электронный реcурс]. – Режим доступа: http://www.novayagazeta.ru/society/59237.htmlсвободный (дата обращения: 17.07.2015).

2. Пилотируемая экспедиция на Марс./ Под ред. А.С. Коротеева.- М.: Российская академия космонавтики имени К.Э. Циолковского, 2006, 320 с., илл.

BIODEGRADATION OF POLYMERS

IN THE SPACE ENVIRONMENT

A.A.Starkov, D.A.Svetlov

Chair of Computer System Design and Security

Department of Computer Technologies and Controlling

ITMO University, Saint-Petersburg

artyom.starkov@gmail.com, teflex@list.ru

Keywords: biodegradation; biological corrosion; polymer; biodegradable polymers; metals; space environment; spacecraft materials.

Abstract: During the operation of spacecraft inevitable process of biodeterioration. This article discusses the causes biodegradation spacecraft, specific examples of biocorrosion equipment orbital stations, as well as the task of minimizing the occurrence of risk contingencies in space environment because of the biological corrosion.

Referenses

1. N.D.Novikova, Mikrobiologicheskaya bezopasnost kosmicheskih poletov (Microbiological safety of space flights) [Electronic resource]. – Access mode: http://www.novayagazeta.ru/society/59237.html free (date of request: 17.07.2015).

2. Pilotiruemaya expeditsiya na Mars (Manned expedition to Mars) / In red. A.S.Koroteeva - Moscow.: Rossiyskaya akademiya kosmonavtiki imeni K.E.Tsiolkovskogo, 2006, 320 p.

Код для цитирования: Скопировать