Як космонавти борються з грибком і бактеріями

1. небажані пасажири
2. Звідки в космосі гнилі яблука?
3. Вода і шкіра
4. «Нехай попрацює в космосі ...»
5. вбивство полем

Від цього нікуди не дітися. Поруч з космонавтами і астронавтами на МКС існує інша, невидима життя. Ні, мова, звичайно, не про «чужих», а всього лише про наших земних мікроорганізмів, які, борючись за виживання, можуть серйозно зіпсувати життя людям. Захистити атмосферу космічної станції від біоуражень допомагає винахід, зроблений в Росії.

Міжнародна космічна станція - це герметично замкнутий об'єкт з штучним середовищем проживання. На МКС постійно підтримується газовий склад повітря, аналогічний земному: нормальна вологість, комфортна температура - і неважко зрозуміти, що створення і підтримка таких умов на орбіті вимагає роботи цілого комплексу складних інженерних систем, званих системами життєзабезпечення. Все це обладнання постійно фільтрує повітря станції, очищаючи його від твердих домішок, виводить з допомогою інших фільтрів надлишки CO2, який утворюється при диханні, поповнює атмосферу станції привезеним з Землі киснем замість «видишано» мешканцями МКС. Інша апаратура відповідає за те, щоб рівень вологості на станції не опускався нижче 50% і не піднімався вище 60%: в залежності від необхідності повітря насичується вологою або, навпаки, висушується. Але є ще один компонент середовища проживання на МКС, який обов'язково присутній і з яким не можна не рахуватися. Це мікроорганізми: бактерії і плесеневие гриби. Джерелом бактерій є в основному людина - бактерії в незліченних кількостях живуть і всередині нас, і на поверхні нашого тіла. А ось гриби ...

небажані пасажири

Замісити тісто з борошна і води, не додаючи туди ніяких дріжджів. Якщо дати цій масі постояти, в ній через якийсь час все одно почнеться, нехай слабке, дріжджове бродіння. Звідки взялися дріжджі? З повітря! Спори мікроскопічних грибів (і не тільки дріжджів) постійно знаходяться навколо нас - і в повітрі, і на поверхнях предметів.

«Перед запуском все внутрішні обсяги« Союзів », транспортних кораблів, населених модулів дезінфікуються, - розповідає Світлана Поддубко, старший науковий співробітник Інституту медико-біологічних проблем. - Поверхні протирають серветками, змоченими 3% -ним розчином перекису водню (в Європі і США використовують 6% -ний розчин). Очищають повітря. За нормативом на 100 см2 поверхні має припадати не більше 1000 колонієутворюючих одиниць мікроорганізмів. Таким чином, мікроорганізми хоча б в невеликій кількості обов'язково потраплять на МКС. Відправляються на орбіту апарати чисті, але не стерильні ».

Принцип роботи апарату «Потік» полягає у впливі на живі клітини постійним електричним полем з мінливої ​​полярністю. Такий вплив призводить до виникнення пір в клітинній мембрані, а потім до загибелі бактерій і мікроскопічних грибів. Білкові останки клітин фільтруються і знищуються, щоб не стати їжею для інших небажаних мікроорганізмів.

Звідки в космосі гнилі яблука?

Чим же небезпечні ці мікроорганізми? «В останні роки експлуатації російської орбітальної станції« Мир »виникла несподівана проблема, - розповідає Світлана Поддубко. - Вийшов з ладу прилад комутаційної зв'язку, і космонавти перестали чути Землю. Вихід був знайдений - благо все системи станції резервуються, але причину поломки з'ясувати не вдалося, поки прилад не доставили на Землю. А на Землі виявили, що пластикові обплетення проводів зруйновані і сталося замикання. Виною всьому була цвіль ».

На тій же станції «Мир» було відзначено ще одне неприємне явище. Що прилітали на станцію космонавти скаржилися, що відчувають, як ніби потрапили в підвал з гнилими яблуками. Згодом мешканці «Миру», що називається, принюхувались, і цей запах більше їх не турбував. Але де його джерело? Цвіль!

«Плесеневие гриби влаштовані досить примітивно, і їм для виживання потрібно всього шість хімічних елементів, - пояснює Світлана Поддубко. - Однак ці елементи треба звідкись отримати. І тоді вони включають свій активний ферментативний апарат (наприклад, кислотообразование). За допомогою виділених ферментів гриби намагаються зруйнувати міжмолекулярні зв'язки полімерів, а потім «вилучити» потрібні для харчування елементи. Цвіль, таким чином, заселяє пластикові деталі, а потім поступово руйнує їх. Ферменти, що виділяються мікроорганізмами, можуть бути вельми пахучими - ось і секрет «запаху гнилих яблук». Одна з форм активно виробляє речовину з таким «ароматом» в період колоніеобразованія ».

Бактерії не уявляють такої загрози, як цвіль. Які вирушають на орбіту космонавти - це багаторазово досліджені медиками здорові люди, які не можуть бути носіями збудників серйозних інфекційних захворювань. Однак і тут певний ризик присутній. Існує, наприклад, бактерія «золотистий стафілокок» (Staphylococcus aureus), яка свого часу мутувала в так званий госпітальний штам, особливо небезпечний для новонароджених немовлят. У нашій країні свого часу закрили чимало пологових будинків, де потім буквально випалювали стіни - вивести цього шкідливого мікроба іншими способами майже неможливо. Так ось, доросла людина може бути абсолютно здоровим, але носити в собі золотистий стафілокок. І на борту космічної станції ця бактерія може стати збудником захворювання, якщо у одного з членів екіпажу виникнуть проблеми з імунітетом. Такого поки не траплялося, але це не означає, що ризик подібної події дорівнює нулю і розмноження бактерій на МКС не треба обмежувати.

Вода і шкіра

«Умови для розмноження потенційно шкідливих мікроорганізмів на МКС, на жаль, є, і це випливає зі специфіки станції з її герметичній замкнутістю і відсутністю гравітації, - розповідає Світлана Поддубко. - Ми на Землі, в наших оселях можемо жити і з більшою концентрацією бактерій в повітрі. Але у нас завжди є можливість провітрити приміщення і влаштувати гарну вологе прибирання з великою дозою дезінфікуючих речовин. На МКС таких можливостей немає. Там прибираються за допомогою пилососа і серветок, злегка змочених водним дезинфікуючим розчином. На станції існують і так звані застійні зони, де рух повітря відбувається зі швидкістю менше 0,1 м / с, - для цвілі це добре. Мікроорганізми дуже люблять харчуватися натуральним білком - і його на станції в надлишку. Люди постійно втрачають дрібні частинки шкірного покриву, і якщо ці частинки потраплять в якусь вологе місце, то вийде біомаса, яка стане відмінним субстратом для створення колоній цвілі ».

Вперше апарат «Потік» був випробуваний на станції «Мир», де було виявлено серйозні проблеми через розмноження колоній цвілі. Незабаром прилад став штатним оснащенням МКС, а творці «Потоку» заслужили подяку космонавтів і астронавтів.

Місця з концентрацією рідкої вологи на МКС є. Всі модулі станції мають круглий перетин, але робочі обсяги укладені в плоскі умовні «стіни», «підлоги» і «стелі». Між внутрішніми і зовнішніми стінами утворюється, таким чином, погано провітрюється запанельное простір. Зовнішні стіни модулів - обичайки - дуже міцні, але при цьому досить тонкі. Вони то розігріваються сонцем до +50, то охолоджуються до -50 ° С в тіні, і в результаті перепадів температур на внутрішній стороні обичайки виступає волога і з'являється водяна плівка. Там цвілі саме роздолля, а коли дозріють суперечки, вони легко розлетяться по всій станції - гравітації-то немає. Загалом, з мікроорганізмами в космосі треба боротися, і, на щастя, уроки станції «Мир» не пройшли даром.

«Нехай попрацює в космосі ...»

На початку 1990-х Олександр Наголкін і Олена Володіна - два інженера, які працювали в радянській космічній індустрії - вирішили піти в приватний бізнес, для чого в 1994 році заснували компанію «Поток-Інтер». «У КБ« Салют », - розповідає Олена Володіна, - я займалася системами життєзабезпечення в космосі, і тема мені була добре знайома. Але приватним компаніям в цій сфері робити було нічого, і ми звернулися до медицини. В ті часи якраз стали з'являтися приватні клініки з високим рівнем надання послуг, і були потрібні, зокрема, системи очищення повітря в операційних. Звичайна фільтрація, наприклад за допомогою HEPA-фільтрів, була не дуже ефективною, так як джерело біоуражень знаходився всередині приміщення. І ми придумали ефективну технологію біологічної очистки повітря за допомогою електричного поля ».

Функціональний вантажний блок (ФГБ) «Зоря» був побудований в Росії, проте в епоху серйозних економічних труднощів фінансування надало агентство NASA, і блок був включений в американський сегмент. У 2009 році американці оцінили «Потік» по достоїнству і придбали апарат для біологічного очищення повітря в ФВБ.

Засновники компанії «Поток-Інтер» розраховували просувати свій продукт як на російському ринку, так і за кордоном. Але, представляючи апарат на міжнародних виставках, вони чули одне й те саме: «Російська технологія? Чому ми повинні повірити в її ефективність? Ось якби вона попрацювала в космосі ... ». У 1995 році Олена Володіна зустрілася з керівництвом НВО «Енергія» і запропонувала розмістити на станції «Мир» апарат для біологічного очищення повітря «Потік». Як головний аргумент вона нагадала про проблеми, які створює цвіль для електрообладнання. Зрештою космічних начальників вдалося переконати, але не купити прилад, зрозуміло, а відправити його на станцію «Мир» в якості експериментального обладнання. «Потік» показав себе настільки добре, що для службового модуля (СМ) будується МКС апарат «Поток-150-МК» вже був замовлений і придбаний.

А в 2009 році NASA вирішило зробити населеним належить американцям (але побудований в Росії) функціональний вантажний блок (ФГБ) і влаштувати там спальні місця для астронавтів. Але згодом було помічено проблема - занадто високий рівень обсіменіння мікроскопічними грибами. При американської нормі 100 од. на 1 м3 повітря в ФВБ це значення становило 1260 од. І тоді NASA попросило у російських партнерів дати їм покористуватися «Потоком». Прилад довів зміст грибів в повітрі до нуля, після чого американці замовили собі цей прилад для постійного проживання в ФВБ. Тепер на МКС їх працює два, причому перший, той, що встановлений в СМ, справно функціонує вже майже 15 років.

вбивство полем

«Потік-150-МК» - комплексна система, яка може як очистити повітря від пилу, так і инактивировать мікроорганізми постійними електричними полями. Система знищує і все білкові рештки мікроорганізмів, щоб вони не стали живильним середовищем для розмноження нових грибів і бактерій.

«Головний принцип роботи« Потоку »полягає в наступному, - каже Олена Володіна. - За допомогою вентилятора повітря подається в канал, в якому по черзі розміщені пакети пластин з пенометалла і пінополіуретану (в якості діелектрика). Як пенометалла ми найчастіше застосовуємо пінонікель. Такий пенометалл дозволяє створювати правильні напруженості (електрополя) на свого роду «наноголки», які присутні в його структурі. Багато разів змінюючи полярність, ми впливаємо на клітку як на диполь. В результаті множинного впливу клітина руйнується. Прилад оснащений блоком живлення, який виступає і як контролер. Він постійно знімає вольтамперних характеристику з приладу і порівнює її з еталонною. Якщо є розбіжності, значить, прилад працює неправильно ».

Робота в космосі створила гарну репутацію і технології, захищеної патентами в Росії, США, Японії, ЄС, і самого апарату «Потік», а й на Землі він може бути корисний. «З появою пластикових склопакетів проблема біоуражень повітря загострилася, - каже Олена Володіна. - Приміщення гірше провітрюються. А значить, цвілі і іншим мікробам стало комфортніше. Біологічне очищення повітря затребувана і на транспорті, і в харчопромі, і в громадських будівлях, але головне її застосування, звичайно, залишається в сфері медицини, де «Потік» вже давно і успішно працює ».

Стаття «Битва з грибами в космосі» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №1, Январь 2016 ).