СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ-БИОДЕСТРУКТОРОВ НА ПОВЕРХНОСТЯХ ОБЪЕКТОВ В ЖИЛЫХ ОТСЕКАХ КОСМИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ Российский патент 2009 года по МПК A61L2/25 

Изобретение относится к области очистки или защиты окружающей среды внутри обитаемых орбитальных станций от разрушающего воздействия микроорганизмов.

В процессе длительной эксплуатации орбитальных космических станций возможны такие колебания температурно-влажностного режима, при которых температура на ряде поверхностей элементов жилых отсеков приближается к точке росы, что может приводить к конденсации на этих поверхностях атмосферной влаги, являющейся благоприятной средой для развития в ней колоний микроорганизмов-биодеструкторов.

На орбитальной станции «Мир» космонавты неоднократно отмечали видимые признаки коррозии металла. Известен случай нарушения работы системы регенерации воды из-за конденсата атмосферной влаги, при котором на внутренних поверхностях трубопровода системы был выявлен слизистый налет и обнаружен пристеночный рост бактериально-грибных ассоциаций. Известен также случай биологического повреждения навигационного иллюминатора, выполненного из кварцевого стекла, а также случай обнаружения следов биологической коррозии внутренней стороны герметичного корпуса жилого отсека, изготовленного из алюминиевого сплава АМг6 (Новикова Н.Д. и др. «Микробиологические аспекты формирования среды обитания пилотируемых космических объектов». Научные аспекты экологических проблем России, М., 2002 г., т.1, с.582-586, Викторов А.Н. и др. «Микрофлора кабин пилотируемых космических объектов и проблема биоповреждений используемых в них конструкционных материалов». Авиакосмическая и экологическая медицина, 1992 г., т.26, №3, с.41-48).

Поэтому разработка способов раннего выявления и предотвращения воздействия микроорганизмов-биодеструкторов на элементы жилых отсеков космической станции является важной задачей.

Известен способ разрушения микроорганизмов, предусматривающий воздействие на микроорганизмы электрическим зарядом в электрически напряженной жидкой среде (патент РФ №2108113, заявка №96102855 от 14.02.1996 г.).

Недостатком данного способа является то, что он довольно сложен и труден в применении для орбитальных станций при их эксплуатации ввиду необходимости заполнения жидкой средой объемов, содержащих микроорганизмы (что в случае отсеков орбитальной станции неприемлемо).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению является способ защиты от микроорганизмов-биодеструкторов, включающий ультразвуковую обработку поверхности (Л.Бергман. «Ультразвук». М.: Издательство иностранной литературы, 1957 г., с.549-550). Данный способ принят заявителем за прототип.

Недостатком прототипа является то, что он не позволяет провести предварительное обнаружение поверхностей, склонных к биокоррозиии, и удаление микроорганизмов после обработки.

Задачей настоящего изобретения является раннее обнаружение и предотвращение явления биокоррозии поверхности элементов жилых отсеков космической станции, особенно в труднодоступных зонах, имеющих плохие освещенность и вентиляцию.

Поставленная задача решается описываемым способом разрушения микроорганизмов-биодеструкторов на поверхностях объектов в жилых отсеках космической станции, включающим ультразвуковое облучение упомянутых поверхностей, при этом предварительно измеряют температуру и относительную влажность воздушной среды в непосредственной близости от поверхности элементов жилых отсеков космической станции и фиксируют зоны поверхности элементов, имеющие температуру не выше температуры точки росы, составляют карту таких зон для всех штатных ориентаций космической станции относительно Солнца, периодически через интервалы времени, равные длительности развития микроорганизмов, производят облучение этих зон ультразвуком с частотой более 29 кГц и уровнем облучения более 150 дБ в течение времени, необходимого для перевода конденсата с микроорганизмами в диспергационный аэрозоль, затем удаляют образовавшийся диспергационный аэрозоль из воздушной среды облученных зон, засасывая воздух среды облученных зон через фильтр, после чего фильтр с собранным диспергационным аэрозолем уничтожают.

Именно выявление зон с влажностью, близкой к насыщенной, периодическое облучение этих зон ультразвуком заявленной частоты и уровня облучения обеззараживают зоны потенциальной биокоррозии, а последующий перевод микроорганизмов в диспергационный аэрозоль позволяет его собирать в фильтр, который затем уничтожается.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом:

- измеряют температуру и относительную влажность воздушной среды в непосредственной близости от поверхности элементов жилых отсеков космической станции;

- фиксируют зоны поверхности элементов, имеющие температуру не выше температуры точки росы;

- составляют карту таких зон для всех штатных ориентаций космической станции относительно Солнца;

- периодически через интервалы времени, равные времени развития микроорганизмов (например, для колонии гриба это время согласно ГОСТ 9.049-91 составляет 14 суток), облучают выявленные зоны с конденсатом ультразвуком с частотой более 29 кГц и уровнем облучения более 150 дБ (как определено экспериментом, при частоте менее 29 кГц сложно достигнуть требуемого уровня ультразвукового облучения и гибели микроорганизмов) в течение времени перевода микроорганизмов в диспергационный аэрозоль;

- одновременно удаляют образовавшийся диспергационный аэрозоль с помощью специального сборника конденсата с фильтром;

- после чего фильтр с собранным диспергационным аэрозолем изолируют и уничтожают (например, помещают фильтр в корабль «Прогресс», который после завершения этапа работ отстыковывают от космической станции, и он прекращает свое существование).

Данное техническое решение по сравнению с прототипом позволит обеспечить надежную защиту конструкции модулей космической станции от микроорганизмов-биодеструкторов, вызывающих биокоррозию, и в конечном итоге предотвратить утечки атмосферы и рабочих компонентов систем жизнеобеспечения из обитаемых модулей, которые могут возникнуть в очагах коррозии, далее приводятся результаты проведения работ по исследованию подавления биодеструкторов при помощи ультразвука высокой интенсивности и последующего обеззараживания воздуха.

Цель эксперимента

Цель эксперимента - исследование возможности при помощи излучателя ультразвука высокой интенсивности (частота 29 кГц, уровень звукового давления 150 дБ) подавлять развитие биодеструкторов путем отделения грибных структур от поверхности металла, перевода в аэрозольную фазу суспензии бактерий и грибов, находящихся в жидкой фазе, с последующим сбором аэрозоля с помощью бортового сборника конденсата с фильтром.

Установка и схема проведения эксперимента

Эксперимент проводился следующим образом. Излучатель ультразвуковых колебаний высокой эффективности создавал непрерывные ультразвуковые колебания на частоте 29 кГц при уровне звукового давления (амплитуде) 150 дБ. Ультразвуковые колебания распространяются первоначально по воздуху на расстоянии (1-1,5) см от поверхности жидкости и затем в суспензии и достигают поверхности образца. Время воздействия ультразвуком составляло (5-10) секунд. Излучатель ультразвука был оснащен специальным рупором, позволяющим собирать мелкодисперсную фазу и ее инактивировать.

Для исследований были выбраны штаммы бактерий и грибов, выделенные из среды обитания ОС «Мир»:

- грибов Aspergillus versicolor;

- грибов Penicillium expansum;

- бактерий Bacillus pumilus.

Порядок проведения эксперимента

1. Воздействие ультразвуком на жидкость с бактериями, нанесенную на образец.

1.1. Нанесение на поверхность алюминиевого образца 0,5 мл жидкости с находящимися в ней бактериями.

1.2. Воздействие ультразвуком высокой интенсивности на жидкость в течение (5-10) секунд.

1.3. Смыв капель жидкости со стенок бюкса и с алюминиевого образца и посев на соответствующие питательные среды для анализа колониеобразующих единиц (КОЕ) бактерий.

Результаты приведены в таблице 1.

2. Воздействие ультразвуком на образец, обросший грибами и бактериями.

2.1. Воздействие ультразвуком высокой интенсивности в течение (5-10) секунд на образец алюминия, обросший грибами и бактериями.

2.2. Смыв капель жидкости со стенок бюкса и с алюминиевого образца и посев на соответствующие питательные среды для анализа КОЕ бактерий.

Результаты приведены в таблице 2.

3. Воздействие ультразвуком на жидкость с микроорганизмами, нанесенную на образец, и последующая работа бортового сборника конденсата с фильтром.

3.1. Нанесение 0,5 мл жидкости на поверхность алюминиевого образца с находящимися в ней микроорганизмами.

3.2. Воздействие ультразвуком высокой интенсивности на жидкость в течение (5-10) секунд.

3.3. Работа бортового сборника конденсата с фильтром с момента начала озвучивания жидкости.

3.4. Отбор проб воздуха пробоотборником после проведения озвучивания жидкости.

3.5. Смыв капель жидкости со стенок бюкса и с алюминиевого образца и посев на соответствующие питательные среды для анализа КОЕ грибов.

Результаты приведены в таблице 3.

4. Воздействие ультразвуком на образец, обросший грибами и бактериями, и последующая работа бортового сборника конденсата с фильтром.

4.1. Воздействие ультразвуком высокой интенсивности в течение (5-10) секунд на образец алюминия, обросший грибами и бактериями.

4.2. Работа бортового сборника конденсата с фильтром с момента начала озвучивания образца.

4.3. Отбор проб воздуха пробоотборником после проведения озвучивания образца.

4.4. Смыв капель жидкости со стенок бюкса и с алюминиевого образца и посев на соответствующие питательные среды для анализа КОЕ грибов.

Результаты приведены в таблице 4.

5. Воздействие ультразвуком на образец, обросший грибами и бактериями, с добавлением жидкости и без добавления жидкости.

5.1. Воздействие ультразвуком высокой интенсивности в течение (5-10) секунд на образец алюминия, обросший грибами, с добавлением жидкости и без.

5.2. Смыв капель жидкости с алюминиевого образца и посев на соответствующие питательные среды для анализа КОЕ грибов.

Результаты приведены в таблице 5.

6. Воздействие ультразвуком на образец, обросший грибами и бактериями, с видимой влагой на поверхности.

6.1. Воздействие ультразвуком высокой интенсивности в течение (5-10) секунд на образец алюминия, обросший грибами и бактериями с видимой влагой на поверхности.

6.2. Смыв капель жидкости с алюминиевого образца и посев на соответствующие питательные среды для анализа КОЕ грибов. Результаты приведены в таблице 6 и на чертеже.

Выводы

Результаты проведенного эксперимента показывают, что при воздействии ультразвуком высокой интенсивности (частота 29 кГц, уровень звукового давления 150 дБ) в течение (5-10) секунд на жидкость на поверхность алюминиевого образца с находящимися в ней микроорганизмами, также как и на образец алюминия, обросший грибами и бактериями, численность бактерий и грибов на стенках бюкса и образцах уменьшается более чем на 2 порядка. В соответствии с непараметрическими методами медицинской статистики разброс количества микроорганизмов более чем на 2 порядка считается достоверным. Таким образом, совместное действие ультразвука высокой интенсивности и сборника конденсата с фильтром приводит к достоверному уничтожению биодеструкторов.

Примечание

При воздействии же ультразвуком с частотой 29 кГц и пониженным до 140 дБ уровнем звукового давления достичь аналогичных результатов удалось лишь через 50 минут данного воздействия на поверхность. То есть такое длительное воздействие является неэффективным по энергопотреблению и неблагоприятным с точки зрения воздействия на экипаж станции, а также на интерьер станции в течение длительного времени.

Литература

1. Новикова Н.Д. и др. «Микробиологические аспекты формирования среды обитания пилотируемых космических объектов». Научные аспекты экологических проблем России. М., 2002 г., т.1, с.582-586, Викторов А.Н. и др. «Микрофлора кабин пилотируемых космических объектов и проблема биоповреждений используемых в них конструкционных материалов». Авиакосмическая и экологическая медицина, 1992 г., т.26, №3, с.41-48.

2. Патент РФ №2108113, 1996 г.

3. Л.Бергман. «Ультразвук». М.: Издательство иностранной литературы, 1957 г.

4. Поляков И.В., Соколов Н.С. Практическое пособие по медицинской статистике. Л.: Медицина, 1975 г.

5. Рунион Р. Справочник по непараметрической статистике. М.: Финансы и статистика, 1982 г.

Изобретение относится к области очистки или защиты окружающей среды внутри обитаемых орбитальных станций от разрушающего воздействия микроорганизмов. Способ разрушения микроорганизмов-биодеструкторов на поверхностях объектов в жилых отсеках космической станции включает периодическое облучение этих зон ультразвуком с частотой более 29 кГц и уровнем облучения более 150 дБ в течение времени, необходимого для перевода конденсата с микроорганизмами в диспергационный аэрозоль, удаление образовавшегося аэрозоля из воздушной среды облученных зон путем засасывания воздуха среды облученных зон через фильтр, после чего фильтр с собранным диспергационным аэрозолем уничтожают. Периодическое облучение проводят через интервалы времени, равные длительности развития микроорганизмов. При этом предварительно производят измерение температуры и относительной влажности воздушной среды в непосредственной близости от поверхности элементов жилых отсеков космической станции, фиксирование зон поверхности элементов, имеющих температуру не выше температуры точки росы, составление карты таких зон для всех штатных ориентаций космической станции относительно Солнца. Изобретение позволяет обеспечить надежную защиту конструкции модулей космической станции от биокоррозии. 1 ил., 6 табл.

Способ разрушения микроорганизмов-биодеструкторов на поверхностях объектов в жилых отсеках космической станции, включающий ультразвуковое облучение упомянутых поверхностей, отличающийся тем, что предварительно измеряют температуру и относительную влажность воздушной среды в непосредственной близости от поверхности элементов жилых отсеков космической станции и фиксируют зоны поверхности элементов, имеющие температуру не выше температуры точки росы, составляют карту таких зон для всех штатных ориентаций космической станции относительно Солнца, периодически через интервалы времени, равные длительности развития микроорганизмов, производят облучение этих зон ультразвуком с частотой более 29 кГц и уровнем облучения более 150 дБ в течение времени, необходимого для перевода конденсата с микроорганизмами в диспергационный аэрозоль, затем удаляют образовавшийся диспергационный аэрозоль из воздушной среды облученных зон, засасывая воздух среды облученных зон через фильтр, после чего фильтр с собранным диспергационным аэрозолем уничтожают.