Как астронавтите се борят с гъбички и бактерии

Международната космическа станция е херметически затворен обект с изкуствена среда. На МКС газовият състав на въздуха се поддържа постоянно, подобно на този на Земята: нормална влажност, комфортна температура - и е лесно да се разбере, че създаването и поддържането на такива условия в орбита изисква работа на цял комплекс от сложни инженерни системи, наречени системи за поддържане на живота. Цялото това оборудване постоянно филтрира въздуха на станцията, почиствайки я от твърди примеси, премахва с помощта на други филтри излишъкът на CO 2, който се образува по време на дишането, допълва атмосферата на станцията с кислород, донесен от Земята, вместо да бъде „издишан” от жителите на МКС. Друго оборудване е отговорно за гарантирането, че нивото на влажност на станцията не пада под 50% и не се повишава над 60%: в зависимост от нуждата въздухът е наситен с влага или, напротив, изсушен. Но има друг компонент от местообитанието на МКС, който задължително присъства и който не може да бъде пренебрегнат. Това са микроорганизми: бактерии и плесени. Източникът на бактерии е главно човек - бактериите в безбройни количества живеят както вътре в нас, така и на повърхността на тялото ни. Но гъбите ...

Нежелани пътници

Омесете тестото от брашно и вода, без да добавяте там мая. Ако оставите тази маса да престои, в нея след известно време тя все пак ще започне, макар и слаба ферментация с мая. Откъде се появи мая? Извън въздух! Спори от микроскопични гъбички (и не само дрожди) са постоянно около нас - както във въздуха, така и по повърхностите на обекти.

„Преди пускането в експлоатация всички вътрешни обеми на союз, транспортни кораби, обитаеми модули се дезинфекцират“, казва Светлана Поддубко, старши изследовател в Института по биомедицински проблеми. - Повърхностите се избърсват с кърпи, навлажнени с 3% разтвор на водороден пероксид (в Европа и САЩ се използва 6% разтвор). Пречиствайте въздуха. Според нормата на 100 см2 от повърхността не трябва да има повече от 1000 колонии, образуващи единици от микроорганизми. Така микроорганизмите, поне в малко количество, задължително ще попаднат на МКС. Превозните средства, изпратени на орбита, са чисти, но не стерилни. "

Принципът на апарата "Поток" е да излага живите клетки на постоянно електрическо поле с бързо променяща се полярност. Такъв ефект води до появата на пори в клетъчната мембрана, а след това до смъртта на бактерии и микроскопични гъбички. Протеиновите останки от клетки се филтрират и унищожават, за да не станат храна за други нежелани микроорганизми.

Откъде в космоса са дошли гнили ябълки?

За какво са опасни тези микроорганизми? „През последните години на работа на руската орбитална станция„ Мир “възникна неочакван проблем“, казва Светлана Поддубко. „Комутационното устройство се провали и астронавтите спряха да чуват Земята.“ Намерено е решение - за щастие, всички станционни системи са архивирани, но причината за повредата не може да бъде определена, докато устройството не бъде доставено на Земята. И на Земята беше открито, че пластмасовите плитки на проводниците са унищожени и възниква късо съединение. Вината е виновна.

Бързо до звездите: Китайски космически флот

На същата гара Мир бе забелязано още едно неприятно явление. Астронавтите, пристигащи на гарата, се оплакаха, че се чувстват сякаш са паднали в мазето с гнили ябълки. С течение на времето жителите на „Света“, както се казва, подушват и тази миризма вече не ги притеснява. Но къде е неговият източник? Мухъл!

„Гъбичките от плесени са подредени доста примитивно и им трябват само шест химически елемента, за да оцелеят“, обяснява Светлана Поддубко. "Въпреки това, тези елементи трябва да бъдат получени отнякъде." И тогава те включват своя активен ензимен апарат (например образуване на киселина). С помощта на секретираните ензими гъбичките се опитват да разрушат междумолекулните връзки на полимерите и след това да "премахнат" елементите, необходими за храненето. Така мухълът попълва пластмасови части, а след това постепенно ги унищожава. Ензимите, секретирани от микроорганизмите, могат да бъдат много миризливи - това е тайната на „миризмата на гнили ябълки“. Една от формите активно произвежда вещество с такъв "аромат" по време на образуването на колонии. "

Бактериите не представляват такава заплаха като мухъл. Космонавтите, влизащи в орбита, са здрави хора, многократно преглеждани от лекари, които не могат да бъдат носители на патогени на сериозни инфекциозни заболявания. Съществува обаче определен риск. Има например бактерията Staphylococcus aureus (Staphylococcus aureus), която по едно време мутира в така наречения болничен щам, което е особено опасно за новородените. У нас много родилни болници бяха затворени наведнъж, където тогава буквално изгориха стени - почти невъзможно е да се премахне този вреден микроб по други начини. Така че, възрастен човек може да бъде напълно здрав, но да носи Staphylococcus aureus в себе си. А на борда на космическата станция тази бактерия може да се превърне в причинител на болестта, ако някой от членовете на екипажа има проблеми с имунитета. Това все още не се е случило, но това не означава, че рискът от такова събитие е равен на нула и бактериалното възпроизвеждане на МКС не трябва да бъде ограничено.

Вода и кожа

„За съжаление, има условия за размножаването на потенциално вредни микроорганизми на МКС и това следва от спецификата на станцията с нейната херметична изолация и липсата на гравитация“, казва Светлана Поддубко. - Ние на Земята, в домовете си можем да живеем с по-висока концентрация на бактерии във въздуха. Но винаги имаме възможност да проветряваме стаята и да организираме добро мокро почистване с голяма доза дезинфектанти. На МКС няма такива възможности. Те се почистват с прахосмукачка и салфетки, леко навлажнени с воден дезинфектант. На станцията има и така наречените застояли зони, където въздухът се движи със скорост под 0, 1 m / s, което е добре за мухъл. Микроорганизмите много обичат да ядат естествен протеин - и той е в изобилие на гарата. "Хората постоянно губят малки частици от кожата и ако тези частици попаднат на някакво влажно място, получавате биомаса, която ще бъде отличен субстрат за създаване на плесени от колонии."

За първи път апаратът Поток беше тестван на станция Мир, където бяха открити сериозни проблеми поради възпроизвеждането на плесени колонии. Скоро инструментът се превръща в стандартно оборудване на МКС и създателите на Потока заслужават благодарността на астронавтите и астронавтите.

На МКС има места с концентрация на течна влага. Всички модули на станцията имат кръгло сечение, но работните обеми са затворени в плоски конвенционални „стени“, „подове“ и „тавани“. Между вътрешната и външната стена се образува лошо вентилирано пространство на панела. Външните стени на модулите - черупки - са много издръжливи, но в същото време доста тънки. Те или се нагряват от слънцето до +50, след това се охлаждат до -50 ° C на сянка и в резултат на температурни промени се появява влага от вътрешната страна на черупката и се появява воден филм. Там плесените са най-просторите и когато спорите узреят, те лесно ще се разпръснат по цялата станция - няма гравитация. Като цяло, микроорганизмите в космоса трябва да се борят и за щастие уроците на станцията Мир не бяха напразни.

"Нека работи в космоса ..."

В началото на 90-те години Александър Наголкин и Елена Володина, двама инженери, работещи в съветската космическа индустрия, решават да влязат в частен бизнес, за който през 1994 г. основават компанията "Поток-Интер". „В дизайнерското бюро„ Салют “, казва Елена Володина, „ се занимавах със системи за поддържане на живота в космоса и темата беше позната на мен. Но в тази област нямаше нищо за частните компании и се насочихме към медицината. В онези дни започват да се появяват частни клиники с високо ниво на обслужване и по-специално се изискват системи за пречистване на въздуха в операционните зали. Конвенционалната филтрация, например с помощта на HEPA филтри, не беше много ефективна, тъй като източникът на биологично замърсяване беше на закрито. И създадохме ефективна технология за биологично пречистване на въздуха с помощта на електрическо поле. "

Функционалният товарен блок (FGB) Zarya е построен в Русия, но в епоха на сериозни икономически затруднения финансирането беше осигурено от НАСА, а блокът беше включен в американския сегмент. През 2009 г. американците оцениха Поток и закупиха апарата за биологично пречистване на въздуха в FGB.

Основателите на компанията "Поток-Интер" се надяваха да промотират своя продукт както на руския пазар, така и в чужбина. Но, представяйки устройството на международни изложби, те чуха същото: „Руска технология? Защо трябва да вярваме в неговата ефективност? Сега, ако тя работеше в космоса ... " През 1995 г. Елена Володина се срещна с ръководството на НПО „Енергия“ и предложи да се постави апарат „Поток“ за биологично пречистване на въздуха на станция „Мир“. Като основен аргумент тя припомни проблемите, които мухълът създава за електрическото оборудване. В крайна сметка те успяха да убедят космическите началници, но не да купят устройството, разбира се, а да го изпратят до станцията Мир като експериментално оборудване. Potok се показа толкова добре, че космическият апарат Potok-150-MK вече беше поръчан и закупен за сервизния модул (SM) на МКС в процес на изграждане.

И през 2009 г. НАСА реши да направи обитаван от собственост на американците (но построен в Русия) функционален товарен блок (FGB) и да организира там места за спане на астронавти. Въпреки това беше открит проблем - нивото на замърсяване от микроскопични гъби беше твърде високо. С американска норма от 100 единици. на 1 m3 въздух във FGB тази стойност е 1260 единици. И тогава НАСА помоли руските си партньори да им позволят да използват Potok. Устройството изведе съдържанието на гъби във въздуха до нула, след което американците поръчаха това устройство за постоянно поставяне във FGB. Сега има двама от тях, работещи върху МКС, а първият, този, инсталиран в SM, функционира правилно почти 15 години.

Поле убийство

"Potok-150-MK" е цялостна система, която може едновременно да почиства въздуха от прах и да инактивира микроорганизмите чрез постоянни електрически полета. Системата унищожава всички протеинови остатъци от микроорганизми, така че те да не се превърнат в място за размножаване на нови гъбички и бактерии.

„Основният принцип на работата на Потока е следният“, казва Елена Володина. - С помощта на вентилатор се подава въздух към канала, в който последователно се поставят пакети от плочи от пенометал и полиуретанова пяна (като диелектрик). Като пяна метал най-често използваме пяна никел. Такъв метал от пяна ви позволява да създадете правилното напрежение (електрическо поле) върху вид "нано-игли", които присъстват в неговата структура. Променяйки полярността много пъти, ние действаме върху клетката като дипол. В резултат на многократно излагане клетката се унищожава. Устройството е снабдено с захранване, което действа като контролер. Той постоянно премахва характеристиката на токовото напрежение от устройството и го сравнява с референтния. Ако има несъответствия, тогава устройството не работи правилно. "

Работата в космоса създаде добра репутация на технологиите, защитени от патенти в Русия, САЩ, Япония, ЕС и самия апарат Поток, но може да бъде полезен и на Земята. „С появата на пластмасови прозорци с двоен стъклопакет проблемът със замърсяването на въздуха става все по-остър“, казва Елена Володина. - Стаите са с лоша вентилация. И така, плесени и други микроби станаха по-удобни. Биологичното пречистване на въздуха е търсено както в транспорта, в хранително-вкусовата промишленост, така и в обществените сгради, но основното му приложение, разбира се, остава в областта на медицината, където Potok работи успешно от дълго време. “

Статията „Битката с гъбите в космоса“ е публикувана в списанието Popular Mechanics (№ 1, януари 2016 г.). Чудя се как работи ядрен реактор и могат ли роботите да построят къща?

Всичко за новите технологии и изобретения! добре Съгласен съм с правилата на сайта Благодаря. Изпратихме потвърждение на вашия имейл.

Препоръчано

Китай иска да запали градовете с изкуствена луна
2019
Вътрешното ядро ​​на Земята се оказа много младо
2019
Защо пандите ядат бамбук
2019