徐沖，辛冰牧，吳斌，謝瓊

（中國航天員科研訓(xùn)練中心，北京 100094）

引 言

深空探測一般指人類對月球及以遠(yuǎn)的天體或空間環(huán)境開展的探測活動(dòng)。深空探測是人類認(rèn)識(shí)宇宙、拓展生存空間和開發(fā)太空資源的偉大實(shí)踐，對人類社會(huì)發(fā)展將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。世界各個(gè)航天大國都已經(jīng)開展了深空探測的研究和實(shí)踐，迄今為止，成功實(shí)施的載人深空探測只有美國“阿波羅”登月計(jì)劃。

行星保護(hù)（Planetary Protection）是人類開展深空探測活動(dòng)必須面臨的一個(gè)重要問題。行星保護(hù)是指在宇宙探索過程中避免地球和地外星球之間微生物和生命體的交叉性污染，主要涉及兩個(gè)方面：一是針對正向（輸出性）污染，即航天器從地球發(fā)射后，避免將地球上的微生物等生命體帶到外星球，導(dǎo)致科學(xué)探測結(jié)果受到干擾或誤導(dǎo)；二是針對逆向（輸入性）污染，即航天器從地外行星返回后，避免給地球帶來未知風(fēng)險(xiǎn)[1]。美國、歐洲、俄羅斯等國已經(jīng)對行星保護(hù)技術(shù)開展了較為深入的研究，涉及政策、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、技術(shù)體系、污染防控等各個(gè)方面。深空探測各個(gè)環(huán)節(jié)都可能出現(xiàn)微生物污染，行星保護(hù)是將上述兩類污染發(fā)生的概率最小化的做法。

1 國際行星保護(hù)政策解讀

1.1 行星保護(hù)政策的提出和發(fā)展

人類探索太空活動(dòng)伊始，科學(xué)家們就認(rèn)識(shí)到人類探索宇宙的過程應(yīng)該以保護(hù)其自然生態(tài)、避免外來污染為前提。1956年，國際宇航聯(lián)合會(huì)（International Astronautical Federation，IAF）羅馬大會(huì)首次提出了保護(hù)行星環(huán)境的概念，并對未來探索中月球和行星環(huán)境污染表示了擔(dān)憂[2]。1958年，國際空間研究委員會(huì)（Committee on Space Research，COSPAR）成立，這是一個(gè)跨多學(xué)科的協(xié)調(diào)各國外太空科研合作的國際性科學(xué)組織，成立之初便十分重視航天飛行與生物污染問題，并建議美蘇兩國針對地球生物污染外太空環(huán)境開展科學(xué)研究[3]。

1959年，聯(lián)合國和平利用外層空間委員會(huì)（Committee on the Peaceful Uses of Outer Space，COPUOS）成立，由其主導(dǎo)推動(dòng)的《關(guān)于各國探索和利用包括月球和其他天體的外層空間活動(dòng)所應(yīng)遵守原則的條約》簡稱《外層空間條約》（Outer Space Treaty）于1967年10月10日生效，該條約是國際空間法的基礎(chǔ)，被稱為“空間憲法”。“行星保護(hù)”體現(xiàn)在該條約第Ⅸ條，其中規(guī)定了“對月球及其它天體的探索，應(yīng)以避免其受到地球生物污染為前提，同時(shí)也要避免將外太空的生物引入地球，為此，需有適當(dāng)?shù)臋z測手段并采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施”[4]。無論是無人/機(jī)器人或載人太空探索活動(dòng)，都應(yīng)最大限度地遵守這一協(xié)定。根據(jù)《外層空間條約》對行星保護(hù)和生物污染防護(hù)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，COSPAR與IAF一起，就與條約有關(guān)的事宜向聯(lián)合國和平利用外層空間委員會(huì)提供咨詢意見。

美國國家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）行星保護(hù)政策與COSPAR政策是一致的，集中體現(xiàn)在NASA政策指令文件NPD 8020.7中[5]。這一現(xiàn)行政策適用于人類行星際飛行任務(wù)，其中也包括了機(jī)器人空間探索任務(wù)要求。一般來說，行星保護(hù)要求取決于探索任務(wù)的性質(zhì)和目標(biāo)行星種類，對生物進(jìn)化感興趣的行星著陸任務(wù)將受到最大程度保護(hù)。NASA制定的行星保護(hù)要求是通過內(nèi)部和外部咨詢團(tuán)隊(duì)的建議確定的，但最引人注目的是來自美國國家科學(xué)院空間研究委員會(huì)的建議，具體要求包括：航天器操作程序的限制，航天器有機(jī)物和生物污染清單，減少污染的措施，對于返回任務(wù)處理樣品的限制等。

NASA行星保護(hù)委員會(huì)的成立目的是就每一個(gè)可能造成污染危險(xiǎn)的發(fā)射任務(wù)以及每一個(gè)樣品返回任務(wù)的具體要求提供詳細(xì)的審查和建議。每次任務(wù)的詳細(xì)要求都記錄在“行星保護(hù)計(jì)劃”中—這是任務(wù)管理人員和行星保護(hù)官員之間關(guān)于任務(wù)如何實(shí)現(xiàn)行星保護(hù)目標(biāo)的協(xié)定[1]。

1.2 行星保護(hù)任務(wù)的分級

2007年，NASA、歐州空間局（European Space Agency，ESA）及其它12個(gè)國家的航天機(jī)構(gòu)（俄羅斯、中國、英國、法國、德國、意大利、日本、韓國、印度、烏克蘭、澳大利亞和加拿大）成立了國際空間探索協(xié)調(diào)組織（International Space Exploration Coordination Group，ISECG）。2011年9月，ISECG發(fā)布《全球探索路線圖》，2013年8月，發(fā)布了新版《全球探索路線圖》。該路線圖明確了分階段、分步驟探索月球、地月空間（包括拉格朗日點(diǎn)和月球軌道）、近地小行星和火星系統(tǒng)（火星及其衛(wèi)星）等多個(gè)目的地，以及通過“月球優(yōu)先”和“小行星優(yōu)先”方案開發(fā)和驗(yàn)證了最終載人探索火星所需要的能力。也就是說，這些納入全球探索路線圖的近地小行星、月球、火星系統(tǒng)（火星及其衛(wèi)星）等將成為行星保護(hù)的目的地。

根據(jù)目的地和飛行任務(wù)的不同（飛越、繞軌飛行、登陸和采集樣本），COSPAR對行星保護(hù)任務(wù)進(jìn)行了分級（表1）[6]。

表1 行星保護(hù)任務(wù)分級Table 1 Planetary protection categories and planetary targets

Ⅰ類任務(wù)：無生命跡象，對其化學(xué)進(jìn)化和生命起源不感興趣的星球，沒有行星保護(hù)的要求。

Ⅱ類任務(wù)：環(huán)境惡劣不適合生物生存，航天器的污染影響后續(xù)開發(fā)的可能性較小，僅需要一個(gè)簡單的行星保護(hù)計(jì)劃文件。主要內(nèi)容包括：概述預(yù)期或潛在的影響目標(biāo)；簡要分析發(fā)射前、發(fā)射后的影響策略；總結(jié)任務(wù)報(bào)告，提供發(fā)生影響或意外接觸的位置等。

Ⅲ類任務(wù)：對其化學(xué)進(jìn)化或生命起源感興趣的星球，進(jìn)行發(fā)射任務(wù)（飛越或者繞軌）可能會(huì)帶來污染或危及未來生物探測的，要求準(zhǔn)備計(jì)劃文件和具體實(shí)施程序。包括軌跡偏置，航天器裝配和測試過程中使用10萬級以上潔凈室，降低生物載荷。盡管可能不會(huì)產(chǎn)生太多影響，還是要對有機(jī)物進(jìn)行封裝。

Ⅳ類任務(wù)：目標(biāo)星球與Ⅲ類任務(wù)相同，Ⅲ類任務(wù)不接觸目標(biāo)星球，Ⅳ類任務(wù)要著陸和探測，即對其化學(xué)進(jìn)化或生命起源感興趣的星球?qū)嵤┨厥獍l(fā)射任務(wù)（特別是再入探測器、著陸器、探測車），或者有科學(xué)證據(jù)表明發(fā)射會(huì)帶來污染，影響未來的生物探測。需要準(zhǔn)備更詳細(xì)的文件，對載荷進(jìn)行生物監(jiān)測，分析污染可能性，對有機(jī)物進(jìn)行封存，增加執(zhí)行程序的次數(shù)?？赡馨ㄜ壽E偏置，飛船的組裝和測試過程中要使用10萬級以上潔凈室，減少微生物的引入，對與目標(biāo)體直接接觸的硬件部分進(jìn)行局部消毒，甚至對其進(jìn)行整體消毒。Ⅳ類任務(wù)又分為不探測火星生命的著陸任務(wù)、研究火星生命的著陸任務(wù)和到達(dá)火星特定區(qū)域的探測任務(wù)等3個(gè)亞類。

Ⅴ類任務(wù)：涉及所有返回地球的航天器及組件，主要目的是保護(hù)地球免受來自外星樣品（通常是土壤和巖石）返回造成的污染，又分為“無限制返回地球”和“受限制返回地球”，前者是針對沒有原住生命形式的太陽系天體定義的，主要包括金星、月球等星體的返回探測任務(wù)。后者都是“受限制返回地球”，要求最高等級關(guān)注，堅(jiān)決消除返回產(chǎn)生的破壞性影響，對返回地球的、與目標(biāo)星球或者與未滅菌的材料直接接觸的飛行器，未經(jīng)滅菌的采集樣本都要進(jìn)行嚴(yán)格控制。如果發(fā)現(xiàn)非地球生物體的任何跡象，返回的樣本必須接受更嚴(yán)格控制，一律進(jìn)行有效滅菌處理。Ⅴ類與Ⅳ類任務(wù)相比更嚴(yán)，增加了持續(xù)的微生物監(jiān)測、殺菌程序和微生物控制技術(shù)要求。

1.3 火星探索任務(wù)行星保護(hù)原則

2008年，在加拿大蒙特利爾，COSPAR通過了“關(guān)于人類探索火星的行星保護(hù)一般原則”[7]，主要內(nèi)容包括：

1）保護(hù)地球免受潛在的逆向污染是火星探測中行星保護(hù)的首要任務(wù)。

2）只有在人類相關(guān)污染得到控制和了解的情況下，人類才能對火星的天體生物探測做出更大貢獻(xiàn)。

3）對于執(zhí)行星體地面操作的著陸任務(wù)來說，與人類相關(guān)的所有執(zhí)行過程和任務(wù)操作不可能在完全封閉的系統(tǒng)中進(jìn)行。

4）探測火星的航天員，或者他們的支持系統(tǒng)，將不可避免地暴露在火星物質(zhì)中。

基于上述政策要求，國際空間機(jī)構(gòu)可以共同確保避免火星的“有害污染”以及“地球環(huán)境因引入外星物質(zhì)而產(chǎn)生的不利變化”。COSPAR已經(jīng)開始提出和制定與總體指導(dǎo)方針相一致的相關(guān)需求，主要包括如下內(nèi)容[8]：

1）人類深空探測任務(wù)將攜帶種類和數(shù)量都不同的微生物種群，在發(fā)射時(shí)指定允許的微生物種群或潛在污染物數(shù)量標(biāo)準(zhǔn)是不切實(shí)際的。一旦確定并滿足發(fā)射基線條件，就需要繼續(xù)監(jiān)測和評價(jià)人類攜帶的微生物水平，以解決任務(wù)前后污染問題。

2）任務(wù)期間和任務(wù)結(jié)束后，針對探測過程中可能出現(xiàn)（或不確定）乘員與火星生命形式接觸，應(yīng)為全體飛行乘組實(shí)施醫(yī)學(xué)隔離，防止?jié)撛谖廴緮U(kuò)大。

3）應(yīng)制定一項(xiàng)全面的人類探索任務(wù)行星保護(hù)協(xié)議，包括正向和逆向污染問題，并解決任務(wù)中人–機(jī)諸多方面問題，包括地下勘探、樣品處理以和樣品與人員返回地球等。

4）機(jī)器人系統(tǒng)和人類活動(dòng)都不應(yīng)該污染火星上的“特殊區(qū)域”（COSPAR政策已經(jīng)定義）。

5）特征不明的火星地點(diǎn)都應(yīng)該在航天員進(jìn)入之前由機(jī)器人進(jìn)行評估，相關(guān)信息可以通過預(yù)先安排機(jī)器人探索任務(wù)或人類探索任務(wù)中的使用機(jī)器人組件獲得。

6）任何來自火星上任何未標(biāo)記地點(diǎn)或特殊區(qū)域的原始樣品或取樣組件應(yīng)按照當(dāng)前行星保護(hù)類別Ⅴ進(jìn)行處理（受限制返回地球），并有適當(dāng)?shù)奶幚砗蜏y試協(xié)議。

2 深空探測的主要污染環(huán)節(jié)

按照飛行任務(wù)的不同階段，深空探測污染環(huán)節(jié)大致可以分為發(fā)射前、在軌、登陸和返回4個(gè)階段；污染物種類可分為有機(jī)物和生物兩大類；按來源可以分為來自于飛行器（包括探測器）、人和樣本。

在地球上，無論是空氣中、水中還是固體表面，微生物無處不在。在發(fā)射前，航天器的生產(chǎn)、組裝、集成、測試等各個(gè)環(huán)節(jié)過程中都會(huì)引起微生物污染[1,3]。航天器總裝測試環(huán)境潔凈度通常為ISO 8級，這僅為顆?？刂贫?，因此潔凈環(huán)境組裝并不能完全保證生物污染水平可達(dá)到行星保護(hù)限值要求。另外，航天員的體表和體內(nèi)生活著細(xì)菌、真菌、病毒等大量微生物，它們是人體微生態(tài)平衡系統(tǒng)的重要組成，同時(shí)也構(gòu)成了污染源之一。

在軌飛行期間，艙室環(huán)境中空氣、水體和設(shè)備上都存在大量微生物。微重力環(huán)境下缺少了沉降作用，空氣中細(xì)小塵埃上通常都附著各種微生物，艙內(nèi)濕度也會(huì)進(jìn)一步影響微生物繁殖。飛行器內(nèi)部空間狹小，設(shè)備密集，其表面和狹縫易滋生微生物，且不易清除干凈。個(gè)別細(xì)菌的芽孢和真菌的孢子，存活能力很強(qiáng)，一般的殺滅措施很難將其消除。水循環(huán)系統(tǒng)也存在著微生物，可在飲用水儲(chǔ)箱或循環(huán)管道內(nèi)形成生物膜，提高對消毒劑的抗性從而造成水中微生物超標(biāo)。對于載人深空探測而言，最主要污染來源還是航天員的自體微生物。在航天員體表和體內(nèi)生活著大量微生物，構(gòu)成人體菌群系統(tǒng)，維持微生態(tài)平衡，正常情況下有益于人體健康。在微重力、變重力、應(yīng)激、輻射、密閉狹小環(huán)境等因素下，可能出現(xiàn)菌群失調(diào)或者致病力變化，會(huì)通過呼吸道或其他途徑傳播到艙內(nèi)環(huán)境，對航天器造成一定影響。

在地外天體著陸階段，主要包括飛行器著陸和/或航天員出艙活動(dòng)等任務(wù)過程。盡管航天過程中，飛行器歷經(jīng)了真空、高溫、低溫、輻射等極端環(huán)境，但是飛行器表面仍可能攜帶有機(jī)物或存活的生物體，在地外星體著陸后可能對其造成污染。在發(fā)射前對航天員自體進(jìn)行微生物控制和隔離，在飛行任務(wù)過程中機(jī)體代謝和環(huán)境變化仍然會(huì)造成微生物增殖和毒力變化，故在航天員進(jìn)行出艙任務(wù)時(shí)也要防止對地外天體造成污染。同時(shí)，要防止著陸、出艙探測過程中將地外物質(zhì)或微生物帶回飛行器并返回地球。以“阿波羅11”登月任務(wù)為例，航天員完成月面行走返回著陸器后，十分小心地去除了艙外服上沾黏的月球物質(zhì)，并將鞋套和背包留在了月球；在月球艙與指揮艙對接前，登陸月球的航天員使用真空刷對月球艙內(nèi)部進(jìn)行了清理，以減少月球物質(zhì)進(jìn)入指揮艙，返回途中航天員對指揮艙進(jìn)行了反復(fù)的吸塵和表面清潔。

航天器返回地球階段，航天器及航天員很有可能將屬于地外天體的物質(zhì)或經(jīng)宇宙輻射發(fā)生變異的微生物帶回地球，另外任務(wù)中勘探的樣本也可能會(huì)有微生物污染。“阿波羅”計(jì)劃中，為了避免可能對地球生物圈造成污染等后果，采取了嚴(yán)格的預(yù)防措施?！鞍⒉_”11號、12號和14號任務(wù)完成后，航天員、月球樣本以及迎接航天員返回地球的人員，都接受了21天的醫(yī)學(xué)隔離。

載人深空探測的污染物主要指各類微生物。以“和平號”空間站為例，俄羅斯生物醫(yī)學(xué)研究中心曾先后從其上分離出234種微生物，包含126種真菌和108種細(xì)菌?！昂推教枴鄙?個(gè)空氣采樣點(diǎn)平均細(xì)菌水平約為200～425 cfu/m3空氣（可接受限度為500 cfu/m3），空氣真菌平均值在175～325 cfu/m3之間（可接受限度為100 cfu/m3）?？諝馕⑸镒疃鄼z出的細(xì)菌為葡萄球菌、桿菌和棒狀桿菌，真菌為青霉菌、曲霉菌和分枝孢子菌，從大約50%的樣品中檢測到了黃曲霉。表面微生物采樣分析，平均細(xì)菌水平約為2 700 cfu/100 cm2或以下，真菌水平為500 cfu/100 cm2或以下。表面微生物最多見的細(xì)菌為葡萄球菌、桿菌和微球菌，真菌為青霉菌、念珠菌和曲霉[9]。航天器艙內(nèi)環(huán)境有利于各種微生物生存，儀器表面、設(shè)備內(nèi)部、管路管道、設(shè)備接縫等微環(huán)境多樣，溫度、濕度、冷凝水形成、材料老化和有機(jī)物累積都會(huì)促進(jìn)微生物滋生；另外，輻射、微重力等環(huán)境下，微生物還會(huì)出現(xiàn)菌群性狀、生化遺傳、致病力等方面變化，如細(xì)菌生物膜形態(tài)結(jié)構(gòu)，生長速度、環(huán)境適應(yīng)性和耐藥性，真菌的腐蝕性和破壞性，致病菌或條件致病菌的致病性和毒力等發(fā)生變化，均會(huì)導(dǎo)致微生物污染風(fēng)險(xiǎn)和防控難度加大。

3 行星保護(hù)中微生物防控主要技術(shù)

深空探測中，如果不對正向、逆向生物污染未雨綢繆，很可能對地外星體及地球生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成潛在的威脅。本節(jié)主要介紹微生物控制和清潔方法，再污染的控制與生物屏障等行星保護(hù)中主要的微生物防控技術(shù)。

3.1 微生物控制和清潔技術(shù)

NASA飛行器地面發(fā)射前生物污染防控的目標(biāo)是通過表面清潔去除污染物，減少可見孢子數(shù)量。發(fā)射前減少生物負(fù)荷可以在組件和子系統(tǒng)水平，結(jié)合再污染控制方法，或通過在航天器組裝最終環(huán)節(jié)額外增加最終消毒程序來實(shí)現(xiàn)。

目前全系統(tǒng)消毒方法主要為干熱消毒（Dry Heat Microbial Reduction, DHMR；125 ℃，5 h），對于減少表面及內(nèi)部的生物載荷效果明顯，成功應(yīng)用于“海盜號”火星探測器的全系統(tǒng)消毒。近年，有專家也推薦使用氣相過氧化氫法（Vapor-Phase Hydrogen Peroxide,VHP）作為DHMR的替代方法。還有一些在航天器組裝不同階段而采取的達(dá)到減少微生物、實(shí)現(xiàn)清潔效果的方法，各有其優(yōu)缺點(diǎn)（見表2）[6]。

表2 微生物控制和清潔技術(shù)小結(jié)Table 2 Summary of microbial reduction and cleaning methods

1）干熱消毒（DHMR）

20世紀(jì)70年代初，“海盜號”任務(wù)首次使用DHMR作為一種減少表面及內(nèi)部生物負(fù)荷的方法，該項(xiàng)目用于行星保護(hù)，大部分成本花費(fèi)在選擇具有熱兼容能力（110～125 ℃）的電子及其它部件上。在2012年VHP獲批前，DHMR是NASA唯一發(fā)射前用于全系統(tǒng)微生物控制的消毒流程，直到現(xiàn)在也被認(rèn)為是微生物控制的“金標(biāo)準(zhǔn)”，是NASA唯一批準(zhǔn)的、具有穿透滅菌能力的、控制內(nèi)部生物負(fù)荷的經(jīng)典方法。后經(jīng)NASA和ESA共同驗(yàn)證[10]，DHMR操作規(guī)范在原“海盜號”任務(wù)規(guī)范的基礎(chǔ)上得到擴(kuò)展，消毒過程可將總生物負(fù)荷降低6個(gè)數(shù)量級，同時(shí)擴(kuò)大了濕度控制的允許值。

除了實(shí)施新的DHMR規(guī)范之外，未來的技術(shù)發(fā)展將聚焦于DHMR對非標(biāo)準(zhǔn)材料，復(fù)雜的機(jī)械組件和材料（例如電池，精密儀器，涂層等）的系統(tǒng)級微生物控制作用。

2）氣相過氧化氫法（VHP）

經(jīng)過充分研究和驗(yàn)證，ESA和NASA已經(jīng)批準(zhǔn)過氧化氫蒸汽（H2O2）作為表面微生物控制法[11]。其優(yōu)點(diǎn)是：既可以在小室操作，也可以擴(kuò)展到整個(gè)房間，因此非常適宜表面積大、幾何形狀復(fù)雜的物品消毒?？稍谑芸丨h(huán)境和真空條件下使微生物載荷減少2～6個(gè)數(shù)量級。與DHMR不同，VHP生物負(fù)荷降低過程并非參數(shù)過程，而是取決于蒸汽在航天器硬件上的分布，因此需要生物指示物（如嗜熱脂肪芽孢桿菌）來驗(yàn)證消毒的有效性。指示劑須放置于VHP使用最小劑量的位置。消毒前需測定微生物載荷初始值，因?yàn)橄竞笪⑸飻?shù)量按初始濃度的對數(shù)比例減少。

VHP有望成為替代DHMR的表面微生物控制方法，特別是對于那些不適用DHMR的材料。但是，H2O2是一種強(qiáng)氧化劑，可能會(huì)與某些材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此其應(yīng)用也具有一定的挑戰(zhàn)性。

3）物理清潔

對于只要求進(jìn)行基礎(chǔ)水平微生物控制和清潔的飛行任務(wù)或子系統(tǒng)組裝，酒精擦拭表面是有效的物理清潔方法，這也是將物品帶入潔凈室的標(biāo)準(zhǔn)程序之一。物理清潔足以滿足不關(guān)注生命探測或探索火星非特殊區(qū)域的任務(wù)需要。其缺點(diǎn)是這種方法需要消耗大量的時(shí)間和人力，清潔及檢測程序通常需要手動(dòng)進(jìn)行，同時(shí)必須嚴(yán)格執(zhí)行潔凈室程序，如穿防護(hù)服、遵守操作規(guī)程、使用無菌設(shè)備、頻繁更換手套和擦拭巾，即使這樣，仍存在再污染和灰塵殘留帶來的風(fēng)險(xiǎn)。這種清潔方法已被有效地應(yīng)用于Ⅲ、Ⅳ類火星任務(wù)中，但由于未來任務(wù)的復(fù)雜性，可能需要更加謹(jǐn)慎地整合到飛行器組裝的正常程序中。

未來的研究和開發(fā)領(lǐng)域主要包括評估粗糙的清潔和非標(biāo)準(zhǔn)表面，如織物和不同紋理的材料表面，以及評估和識(shí)別替代的清潔溶劑等。

4）超臨界CO2清潔

使用液體或超臨界CO2是更強(qiáng)力的機(jī)械清潔方式。近年來，超臨界和液體CO2清潔用于污染控制和行星保護(hù)，顯示出高水平清潔效果，能有效去除有機(jī)物和其他污染物[12]。作為溶劑，CO2清潔主要通過化學(xué)溶解和物理去除污染物，該方法有效應(yīng)用于醫(yī)療器械消毒[13]。 Lin等評估了CO2清潔方法對行星任務(wù)和行星保護(hù)的污染控制能力，建議對于疏水污染物的清潔水平約為10 ng/cm2。此外，他們還對含有95% CO2的火星空氣混合物進(jìn)行初步性研究，觀察其原位清潔和微生物控制的效果。

考慮到污染控制和降低微生物的潛在能力，CO2清潔可能是比較合適的方法，特別是在火星實(shí)施原位清潔，對于關(guān)鍵組件可達(dá)到較高的清潔水平，如樣品處理和設(shè)備、科學(xué)儀器包裝箱。

5）電離輻射

γ射線和電子束等電離輻射法常規(guī)用于醫(yī)療和食品工業(yè)中的微生物控制，該技術(shù)在行星保護(hù)中應(yīng)用不多。ESA曾采用γ射線對Beagle2降落傘進(jìn)行消毒[14]，主要由于Beagle2火星探測器的降落傘選擇的材料不耐高溫，且其材質(zhì)較薄。

6）環(huán)氧乙烷

環(huán)氧乙烷（EtO）是一種廣泛應(yīng)用于醫(yī)療工業(yè)中的滅菌劑，并且在早期星際飛船的微生物控制上已得到應(yīng)用。但是，由于存在健康和爆炸危險(xiǎn)，它未被廣泛用于行星保護(hù)中。EtO相較于VHP，具有不同的材料與工藝兼容性，已被NASA戈達(dá)德太空飛行中心（Goddard Space Flight Center）考慮用于儀器儀表的消毒[15]。

3.2 再污染的控防

雖然組件、子組件或整個(gè)航天器的微生物受到了控制，但在隨后的裝配、測試、發(fā)射、在軌和地外著陸的任何階段仍然存在后續(xù)再污染的可能。

1）潔凈室和無菌裝配間

幾乎所有航天器，在一定水平的子組裝之后，都會(huì)在潔凈室中組裝，以提供一般水平的粒子和污染控制，忽略到底是生物性的還是有機(jī)的。10萬級（相當(dāng)于ISO8）潔凈室，是指每立方英尺中大于或等于0.5 μm的粒子數(shù)少于10萬個(gè)，航天器和航天硬件的組裝通常是在該潔凈度下完成的。

在10萬/ISO8級潔凈室中組裝Ⅲ類和Ⅳ類任務(wù)的生物載荷是不滿足要求的，必須采取其他的控制微生物數(shù)量的方法來減少生物載荷，并且其有效性要通過生物標(biāo)記物來驗(yàn)證。盡管如此，潔凈室仍是一個(gè)防止再污染的有效預(yù)防手段，它可以用于其他清潔程序或者其他控制微生物的方法之后。

無菌裝配間通常用于制藥和醫(yī)療設(shè)備制造，是一個(gè)更嚴(yán)格的潔凈室，曾用于Beagle2火星任務(wù)的組裝過程。由于著陸器尺寸相對較小，所以在100級/ISO5級潔凈室中進(jìn)行航空器的初始裝配，根據(jù)定義，該潔凈度比經(jīng)典的10萬級/ISO8級潔凈室至少潔凈3個(gè)數(shù)量級。

2）生物屏蔽

作為再污染預(yù)防的早期例子就是，在“海盜號”火星探測器最終用DHMR法進(jìn)行微生物控制之前，該“海盜號”火星探測器被封裝在一個(gè)生物屏蔽室內(nèi)。子系統(tǒng)水平、組裝階段大規(guī)模地清潔樣品處理通路，然后再用熱氣吹掃下防止再污染，以確保有機(jī)清潔的有效性，上述程序經(jīng)過采集吹掃流出來的氣體進(jìn)行了驗(yàn)證。之后用來采樣或分析的硬件會(huì)一直處于過壓條件下，以防止期間地球大氣污染物流入。在進(jìn)入火星大氣層時(shí)，隔熱罩和后殼的外表面將經(jīng)歷來自大氣的高溫加熱，足以滿足整體生物負(fù)荷要求。經(jīng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，超壓條件下的檢測儀器和樣品處理通路保持了非常好的清潔度水平。

3）限制性樣本返回處理和密封

該技術(shù)對于防止逆向污染非常關(guān)鍵，限制性樣本返回任務(wù)主要針對從火星、木衛(wèi)二或土衛(wèi)二返回的樣本，目前的規(guī)劃以火星返回樣本控制為主。沒有足夠的科學(xué)數(shù)據(jù)來對火星物質(zhì)中微生物，或者如果將火星微生物引入地球生物圈可能會(huì)產(chǎn)生的后果做出結(jié)論性判斷，因此在采集、控制和研究樣品時(shí)必須采取嚴(yán)格的預(yù)防措施。

從火星噴射出來的物質(zhì)經(jīng)常以隕石的形式撞擊地球，這種火星隕石一般認(rèn)為不可能包含微生物。但是火星探測采集帶回的土壤、礦石等樣本則有可能含有火星微生物，故在行星保護(hù)方面受到極大關(guān)注?？紤]到樣本巨大的科學(xué)研究價(jià)值和不確定性，通常不考慮直接采用滅菌處理?；鹦翘綔y樣本采集策略主要為：首先，必須在不污染樣本和采樣源區(qū)域的情況下獲取和保存樣本，用于樣品采集的材料和微生物控制技術(shù)必須與發(fā)射前過程相呼應(yīng)，含有采集樣本的容器將被送至火星上升運(yùn)載器（Mars Ascent Vehicle，MAV）或隨后著陸的航天器；然后，MAV把樣品容器運(yùn)送到繞火星軌道運(yùn)行的航天器，后者將通過再入飛行器將樣品運(yùn)送到地球表面。整個(gè)運(yùn)輸流程必須阻斷與火星物質(zhì)可能接觸的環(huán)節(jié)，除了采樣品外，返回地球的航天器外部及相關(guān)部件都不能存在火星物質(zhì)沾染或污染[16]。

4 結(jié) 語

深空探測是人類認(rèn)識(shí)宇宙、拓展生存空間和開發(fā)太空資源的偉大實(shí)踐。行星保護(hù)是人類開展深空探測活動(dòng)必須面臨的一個(gè)重要問題。深空探測過程中各個(gè)環(huán)節(jié)都可能存在污染源，必須針對性地開展行星保護(hù)政策和微生物防控技術(shù)研究。國際行星保護(hù)政策主要依據(jù)《外層空間條約》（Outer Space Treaty），根據(jù)目標(biāo)星球的不同行星保護(hù)任務(wù)分為5 類，COSPAR詳細(xì)規(guī)定了火星探測行星保護(hù)原則和要求。針對正向/逆向微生物污染防控，本文介紹了DHMR、VHP等微生物控制和清潔方法，以及再污染的控制與生物屏障等行星保護(hù)中主要的微生物防控技術(shù)。深入研究國際行星保護(hù)政策、法規(guī)和技術(shù)體系，對于我國后續(xù)開展相關(guān)研究具有很好的參考和借鑒意義。