Наука для всех простыми словами

Самый лучший сайт c познавательной информацией.

Как космонавты с грибком и бактериями борются.

18.08.2017 в 13:53

От этого никуда не деться. Рядом с космонавтами и астронавтами на мкс существует иная, невидимая жизнь. Нет, речь, конечно, не о "Чужих", а всего лишь о наших земных микроорганизмах, которые, борясь за выживание, могут серьезно испортить жизнь людям. Защитить атмосферу космической станции от биозагрязнения помогает изобретение, сделанное в России.


Международная космическая станция - это герметично замкнутый объект с искусственной средой обитания. На мкс постоянно поддерживается газовый состав воздуха, аналогичный земному: нормальная влажность, комфортная температура - и нетрудно понять, что создание и поддержание таких условий на орбите требует работы целого комплекса сложных инженерных систем, называемых системами жизнеобеспечения. Все это оборудование постоянно фильтрует воздух станции, очищая его от твердых примесей, выводит с помощью других фильтров излишки CO2, который образуется при дыхании, пополняет атмосферу станции привезенным с земли кислородом взамен "Выдышанного" обитателями мкс. Другая аппаратура отвечает за то, чтобы уровень влажности на станции не опускался ниже 50% и не поднимался выше 60%: в зависимости от необходимости воздух насыщается влагой или, напротив, высушивается. Но есть еще один компонент среды обитания на мкс, который обязательно присутствует и с которым нельзя не считаться. Это микроорганизмы: бактерии и плесеневые грибы. Источником бактерий является в основном человек - бактерии в несметных количествах живут и внутри нас, и на поверхности нашего тела. А вот грибы ….
Нежеланные пассажиры.
Замесите тесто из муки и воды, не добавляя туда никаких дрожжей. Лишь в том случае, если дать этой массе постоять, в ней через какое-то время все равно начнется, пусть слабое, дрожжевое брожение. Откуда взялись дрожжи? Из воздуха! Споры микроскопических грибов (и не только дрожжей) постоянно находятся вокруг нас - и в воздухе, и на поверхностях предметов.


"Перед Запуском все Внутренние Объемы"союзов", транспортных кораблей, обитаемых модулей дезинфицируются, - рассказывает Светлана поддубко, старший научный сотрудник института медико-биологических проблем. - поверхности протирают салфетками, смоченными 3%-ным раствором перекиси водорода (в Европе и США используют 6%- ный раствор. Очищают воздух. По нормативу на 100 см 2 поверхности должно приходиться не более 1000 колониеобразующих единиц микроорганизмов. Таким образом, микроорганизмы хотя бы в небольшом количестве обязательно попадут на мкс. Отправляемые на орбиту аппараты чисты, но не стерильны".
Откуда в космосе гнилые яблоки?
Чем же опасны эти микроорганизмы? "В Последние Годы Эксплуатации Российской Орбитальной Станции"мир" возникла неожиданная проблема, - рассказывает Светлана поддубко. - вышел из строя прибор коммутационной связи, и космонавты перестали слышать землю. Выход был найден - благо все системы станции резервируются, но причину поломки выяснить не удалось, пока прибор не доставили на землю. А на земле обнаружили, что пластиковые оплетки проводов разрушены и произошло замыкание. Виной всему была плесень".
На той же станции "Мир" было отмечено еще одно неприятное явление. Прилетавшие на станцию космонавты жаловались, что ощущают, как будто попали в подвал с гнилыми яблоками. Со временем обитатели "Мира", что называется, принюхивались, и этот запах больше их не беспокоил. Но где его источник? Плесень!
"Плесеневые грибы устроены довольно примитивно, и им для выживания нужно всего шесть химических элементов, - объясняет Светлана поддубко. - однако эти элементы получить надо откуда-то. И тогда они включают свой активный ферментативный аппарат (например, кислотообразование. С помощью выделяемых ферментов грибы пытаются разрушить межмолекулярные связи полимеров, а затем "Изъять" нужные для питания элементы. Плесень, таким образом, заселяет пластиковые детали, а затем постепенно разрушает их. Ферменты, выделяемые микроорганизмами, могут быть весьма пахучими - вот и секрет "Запаха Гнилых Яблок". Одна из форм активно производит вещество с таким "Ароматом" в период колониеобразования".
Бактерии не представляют такой угрозы, как плесень. Отправляющиеся на орбиту космонавты - это многократно исследованные медиками здоровые люди, которые не могут быть носителями возбудителей серьезных инфекционных заболеваний. Однако и здесь определенный риск присутствует. Существует, например, бактерия "Золотистый Стафилококк" (Staphylococcus Aureus), которая в свое время мутировала в так называемый госпитальный штамм, особенно опасный для новорожденных младенцев. В нашей стране в свое время закрыли немало роддомов, где потом буквально выжигали стены - вывести этого вредного микроба другими способами почти невозможно. Так вот, взрослый человек может быть совершенно здоровым, но носить в себе золотистый стафилококк. И на борту космической станции эта бактерия может стать возбудителем заболевания, если у одного из членов экипажа возникнут проблемы с иммунитетом. Такого пока не случалось, но это не значит, что риск подобного события равен нулю и размножение бактерий на мкс не надо ограничивать.


Вода и кожа.
"Условия для размножения потенциально вредных микроорганизмов на мкс, к сожалению, есть, и это вытекает из специфики станции с ее герметичной замкнутостью и отсутствием гравитации, - рассказывает Светлана поддубко. - мы на земле, в наших жилищах можем жить и с большей концентрацией бактерий в воздухе. Но у нас всегда есть возможность проветрить помещение и устроить хорошую влажную уборку с большой дозой дезинфицирующих веществ. На МКС таких возможностей нет. Там убираются с помощью пылесоса и салфеток, слегка смоченных водным дезинфицирующим раствором. На станции существуют и так называемые застойные зоны, где движение воздуха происходит со скоростью менее 0, 1 м/с, - для плесени это хорошо. Микроорганизмы очень любят питаться натуральным белком - и его на станции в избытке. Люди постоянно теряют мелкие частички кожного покрова, и если эти частички попадут в какое-нибудь влажное место, то получится биомасса, которая станет отличным субстратом для создания колоний плесени".
Места с концентрацией жидкой влаги на МКС есть. Все модули станции имеют круглое сечение, но рабочие объемы заключены в плоские условные "Стены", "полы" и "потолки". Между внутренними и внешними стенами образуется, таким образом, плохо проветриваемое запанельное пространство. Внешние стены модулей - обечайки - очень прочны, но при этом довольно тонки. Они то разогреваются солнцем до 50, то охлаждаются до -50\xB0с в тени, и в результате перепадов температур на внутренней стороне обечайки выступает влага и появляется водяная пленка. Там плесени самое раздолье, а когда созреют споры, они легко разлетятся по всей станции - гравитации - то нет. В общем, с микроорганизмами в космосе надо бороться, и, к счастью, уроки станции "Мир" не прошли даром.


"Пусть поработает в космосе …".
В начале 1990-х Александр наголкин и Елена Володина - два инженера, работавших в советской космической индустрии - решили уйти в частный бизнес, для чего в 1994 году основали компанию "Поток - Интер". "В КБ"салют", - рассказывает Елена Володина, - я занималась системами жизнеобеспечения в космосе, и тема мне была хорошо знакома. Но частным компаниям в этой сфере делать было нечего, и мы обратились к медицине. В те времена как раз стали появляться частные клиники с высоким уровнем предоставления услуг, и требовались, в частности, системы очистки воздуха в операционных. Обычная фильтрация, например с помощью Hepa - фильтров, была не слишком эффективной, так как источник биозагрязнения находился внутри помещения. И мы придумали эффективную технологию биологической очистки воздуха с помощью электрического поля".
Основатели компании "Поток - Интер" рассчитывали продвигать свой продукт как на российском рынке, так и за рубежом. Но, представляя аппарат на международных выставках, они слышали одно и то же: "российская технология? Почему мы должны поверить в ее эффективность? Вот если бы она в космосе …" поработала. В 1995 году Елена Володина встретилась с руководством нпо "Энергия" и предложила разместить на станции "мир" аппарат для биологической очистки воздуха "поток". В качестве главного аргумента она напомнила о проблемах, которые создает плесень для электрооборудования. В конце концов космических начальников удалось убедить, но не купить прибор, разумеется, а отправить его на станцию "Мир" в качестве экспериментального оборудования. "Поток" показал себя настолько хорошо, что для служебного модуля (см) строящейся мкс аппарат "поток-150-мк" уже был заказан и приобретен.
А в 2009 году Nasa решило сделать обитаемым принадлежащий американцам (но построенный в России) функциональный грузовой блок (ФГБ) и устроить там спальные места для астронавтов. Однако обнаружилась проблема - слишком высокий уровень обсемененности микроскопическими грибами. При американской норме 100 ед. На 1 м 3 воздуха в ФГБ это значение составляло 1260 ед. И тогда Nasa попросило у российских партнеров дать им попользоваться "Потоком". Прибор довел содержание грибов в воздухе до нуля, после чего американцы заказали себе этот прибор для постоянного размещения в ФГБ. Теперь на мкс их работает два, причем первый, тот, что установлен в см, исправно функционирует уже почти 15 лет.
Убийство полем.
"Поток-150-МК" - комплексная система, которая может как очистить воздух от пыли, так и инактивировать микроорганизмы постоянными электрическими полями. Система уничтожает и все белковые останки микроорганизмов, чтобы они не стали питательной средой для размножения новых грибов и бактерий.
"Главный Принцип Работы"потока" состоит в следующем, - говорит Елена Володина. - с помощью вентилятора воздух подается в канал, в котором поочередно размещены пакеты пластин из пенометалла и пенополиуретана (в качестве диэлектрика. В качестве пенометалла мы чаще всего пеноникель применяем. Такой пенометалл позволяет создавать правильные напряженности (электрополя) на своего рода "Наноиглах", которые присутствуют в его структуре. Много раз меняя полярность, мы воздействуем на клетку как на диполь. В результате множественного воздействия клетка разрушается. Прибор оснащен блоком питания, который выступает и как контроллер. Он постоянно снимает вольтамперную характеристику с прибора и сравнивает ее с эталонной. Таким образом, если есть несовпадения, значит, прибор работает неправильно".
Работа в космосе создала хорошую репутацию и технологии, защищенной патентами в России, США, Японии, ЕС, и самому аппарату "Поток", но и на земле он может быть полезен. "С появлением пластиковых стеклопакетов проблема биозагрязнения воздуха обострилась, - говорит Елена Володина. - помещения проветриваются хуже. А значит, плесени и прочим микробам стало комфортнее. Биологическая очистка воздуха востребована и на транспорте, и в пищепроме, и в общественных зданиях, но главное ее применение, конечно, остается в сфере медицины, где "Поток" уже давно и успешно работает". Источник: Popmech. ru наука_и_космонавтика@Science_Newworld.