中国空间站首次在轨微生物——材料相互作用试验取得突破!
2025-04-03 14:11:36
作者:本网发布 来源:航天生物集团
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近日,由航天神舟生物科技集团有限公司、北京科技大学、北京空间飞行器总体设计部、中国科学院国家空间科学中心多单位联合在航天领域国际权威期刊《Acta Astronautica》2025年228卷发表题为《Initial attempt: Design and application of microorganism-material interaction test on On-orbit space microgravity conditions》(微重力环境下微生物与材料相互作用试验的设计与应用)的研究论文。
该论文报道了首次在中国空间站开展的长期在轨材料微生物腐蚀研究情况。研究团队利用自主研发的微生物-材料相互作用科学试验装置(Microorganism-Materials Interaction Scientific Experimental Device,ISED)在轨开展了为期90天的真菌与航天材料相互作用试验,揭示了黑曲霉在空间微重力环境下对航天材料的腐蚀差异性特征,为未来空间站材料选择与寿命评估提供了关键数据。
▲中国空间站首次微重力环境下长期微生物—材料交互试验;
▲验证ISED装置的可靠性,支持48组独立试验并行开展;
▲发现空间环境中微生物腐蚀行为显著不同于地面,提示材料降解风险可能加剧。空间站不仅是航天员的“太空之家”,也是微生物的“隐秘乐园”。此前,国际空间站(ISS)曾多次检测到青霉菌、曲霉菌等微生物形成的生物膜腐蚀航天器关键材料,造成设备故障,影响空间站长期在轨稳定运行。空间微重力、低剂量累积辐射等环境可能改变微生物的生物学特性,包括更快的生长速度、毒性和抗生素耐药性增强、生物膜形成能力提高等,这些特性可能加剧其对材料的腐蚀。当前开展空间微生物腐蚀研究面临两大瓶颈:1.地面模拟局限性:传统微重力模拟装置(如回转器)无法完全复现真实空间环境下的微生物-材料相互作用。2.在轨试验资源稀缺性:受限于试验装置设计、资源分配与安全性要求,长期在轨微生物腐蚀试验数据严重不足。该项研究通过自主研发的ISED,突破地面试验局限,首次开展空间站“在轨、原位”环境下的微生物腐蚀试验研究,为空间站材料选型与寿命预测提供理论支撑。研究团队设计的ISED攻克了空间微重力条件下营养物质供给、在轨试验资源限制、微生物空间试验安全性和可靠性要求等技术难题:1.培养单元培养载体设计:采用“材料层-孢子层-供液层”三层结构,利用毛细作用突破气液界面失稳限制,实现高效营养物质供给。2.高通量并行试验能力:单次可同时开展48组独立样品并行试验,多通道独立温控与注液。3.高安全性与高可靠性:双重密封、高温杀菌,满足BSL2生物试验要求。4.全流程试验控制:微生物样品长周期存储,在轨试验受控启动,温控/补液动态调节,试验过程的精准控制。以黑曲霉(ATCC16404)为参试菌株,测试其对金属材料、聚合物材料等的腐蚀行为。▲三防涂层电路板在空间试验中的被腐蚀程度高于地面样品;▲聚乙烯材料在空间环境中的老化裂纹密度与深度显著高于地面。随着中国空间站进入应用与发展阶段,更多在轨试验将揭示微生物与材料的“太空博弈”。这些成果不仅为空间站维保运营提供科学依据,也将为载人深空探测任务的材料选型应用奠定基础。基于首次在轨试验的成功,为更好地契合实际工程需求,研究团队提出以下研究方向:Zhang W, Chen N et al. Initial attempt: Design and application of microorganism-material interaction test on on-orbit space microgravity conditions. Acta Astronautica, 2025, 228:384-395. DOI: 10.1016/j.actaastro.2024.12.006.张文德:本文共同第一作者,高级工程师,主要研究方向为空间微生物防控技术,航天神舟生物科技集团有限公司,E-mail:zhangwende2008@139.com陈娜娜:本文共同第一作者,博士研究生,北京科技大学,主要研究方向为空间环境铝合金微生物腐蚀机理
印 红:本文共同通讯作者,研究员,主要研究方向为空间生物学,航天神舟生物科技集团有限公司,E-mail:yinhong06@163.com肖 葵:本文共同通讯作者,研究员,北京科技大学,主要研究方向为空间环境材料腐蚀与防护研究,E-mail:xiaokui@ustb.edu.cn
《Acta Astronautica》期刊是由国际宇航科学院(IAA)赞助、Elsevier Ltd出版的权威学术期刊,创刊于1974年。期刊覆盖领域以工程技术-宇航为核心,同时涉及基础科学、生命科学、社会科学与空间技术的交叉研究。期刊2024年JCR分区等级为Q1,影响因子3.1。
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