行星保護(hù)的防控環(huán)節(jié)分析及實(shí)施建議

張?zhí)m濤 楊宏 印紅 魏傳鋒 溫博

（1中國空間技術(shù)研究院載人航天總體部，北京 100094）（2航天神舟生物科技集團(tuán)有限公司，北京 100190）（3北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部，北京 100094）

行星保護(hù)的防控環(huán)節(jié)分析及實(shí)施建議

張?zhí)m濤1楊宏1印紅2魏傳鋒1溫博3

（1中國空間技術(shù)研究院載人航天總體部，北京 100094）（2航天神舟生物科技集團(tuán)有限公司，北京 100190）（3北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部，北京 100094）

行星保護(hù)是指在深空探測任務(wù)中，通過采取一定的預(yù)防和控制手段，避免地球和地外星球之間發(fā)生交叉生物污染的活動(dòng)，這對(duì)于地球生物安全和生命起源探索均具有重要的意義。文章明確了行星保護(hù)概念應(yīng)包括避免地球的物質(zhì)污染地外星球（正向污染）和避免帶回的地外星球物質(zhì)污染地球（逆向污染）。對(duì)已有的行星保護(hù)任務(wù)類別進(jìn)行分析，重點(diǎn)討論了行星探測任務(wù)中的生物污染防控環(huán)節(jié)及其特點(diǎn)，如正向污染中的選材、生產(chǎn)、運(yùn)輸、發(fā)射、飛行等環(huán)節(jié)，以及逆向污染中的樣品采集、返回、運(yùn)輸、研究和銷毀環(huán)節(jié)。最后，從正向污染、逆向污染及策略3個(gè)角度，提出了行星保護(hù)的實(shí)施建議，如探索滅菌方法、建立材料數(shù)據(jù)庫、無菌總裝及返回樣品的密封、保存、隔離、銷毀等。

行星保護(hù)；地球生物安全；生命起源；生物污染

1 引言

隨著人們對(duì)外太空認(rèn)識(shí)的增加，星球之間的生物交叉污染問題也越來越受到關(guān)注，因此提出了行星保護(hù)的概念。行星保護(hù)是指在深空探測任務(wù)中，通過采取一定的預(yù)防和控制手段，避免地球和地外星球之間交叉生物污染的活動(dòng)。其具體含義包括：避免地球的物質(zhì)污染地外星球（正向污染）；同時(shí)，避免帶回的地外星球物質(zhì)污染地球（逆向污染）。具體來說，正向污染是指航天器從地球上發(fā)射后，可能會(huì)有一些地球上的生命體（如微生物）等通過航天器帶到地外星球上，從而導(dǎo)致地外星球的生物污染。逆向污染是指探索地外星球的航天器從地外星球返回后給地球帶來未知的風(fēng)險(xiǎn)對(duì)象。對(duì)于航天探索活動(dòng)而言，行星保護(hù)在地球生物安全和生命起源探索方面均具有重要的意義［1－3］。

在國際航天領(lǐng)域，目前針對(duì)行星保護(hù)已經(jīng)積累了一定的技術(shù)基礎(chǔ)。根據(jù)任務(wù)目標(biāo)不同，對(duì)行星保護(hù)的類別進(jìn)行了劃分，制定了相關(guān)行星保護(hù)政策，并開展了多個(gè)行星探測器地面消毒滅菌方法的研究。1958年國際空間研究委員會(huì)（Committee on Space Research，COSPAR）成立，其責(zé)任是在國際合作的基礎(chǔ)上，為共同的科學(xué)目的研究各類衛(wèi)星和空間探測方法，并提供給全球科學(xué)團(tuán)體。在COSPAR成立之初，太空飛行與生物污染的問題就被列在考慮范疇。美國國家研究委員會(huì)曾建議國際各相應(yīng)機(jī)構(gòu)合作開展研討，以考慮保護(hù)行星環(huán)境的生物學(xué)行星保護(hù)方法和其他相關(guān)的實(shí)施手段。2010年，COSPAR舉辦了行星保護(hù)倫理問題研討會(huì)，此后頒布了“行星保護(hù)政策”法規(guī)［2］。法規(guī)中明確規(guī)定了太空探索活動(dòng)應(yīng)制定相關(guān)的國際標(biāo)準(zhǔn)程序，同時(shí)給具體的太空活動(dòng)提供了可接受的指導(dǎo)方針［3］。同年，文獻(xiàn)［4］中對(duì)行星保護(hù)的政策及指南進(jìn)行了更為系統(tǒng)的闡述，并增加了對(duì)化學(xué)污染和放射污染防護(hù)的介紹，并針對(duì)政治、經(jīng)濟(jì)、科普、立法等領(lǐng)域從社會(huì)科學(xué)角度進(jìn)行了行星保護(hù)的深入分析。

我國在天宮一號(hào)項(xiàng)目中已經(jīng)開展了載人航天器微生物防護(hù)論證，并在整個(gè)項(xiàng)目實(shí)施過程中成功地實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)防護(hù)。未來在火星探測、深空載人飛行等項(xiàng)目的實(shí)施過程中，行星保護(hù)也將是一項(xiàng)不可或缺的重要內(nèi)容。開展行星保護(hù)研究，提升對(duì)空間生物污染探測與防控的技術(shù)，將為我國無人和載人深空探測任務(wù)提供有力保障。因此，本文對(duì)國際上劃分的行星保護(hù)任務(wù)類別進(jìn)行分析，識(shí)別出行星保護(hù)任務(wù)中的防控環(huán)節(jié)，提出了我國開展行星保護(hù)的實(shí)施建議。

2 行星保護(hù)任務(wù)類別及分析

在行星探測任務(wù)的早期計(jì)劃階段，應(yīng)對(duì)任務(wù)進(jìn)行行星保護(hù)任務(wù)級(jí)別分類，通過分類來確定任務(wù)執(zhí)行各個(gè)階段實(shí)施控制手段的嚴(yán)格程度和應(yīng)遵循的要求。目前，對(duì)太陽系內(nèi)的探索，COSPAR根據(jù)任務(wù)目標(biāo)和目標(biāo)星球上生命存在的可能性不同，將行星保護(hù)描述為五類［5］，見表1。

表1 行星保護(hù)任務(wù)的類別Table 1 Categories of planetary protection tasks

Ⅰ類任務(wù)主要針對(duì)已經(jīng)通過科學(xué)研究明確沒有生命跡象的目標(biāo)星球，此類星球一般不適宜生物生存，地球攜帶的生物在星球上不會(huì)造成擴(kuò)散污染。此外，由于其沒有生命跡象，可忽略這類星球的樣品對(duì)地球的影響，因此此類任務(wù)沒有行星保護(hù)要求。

Ⅱ類任務(wù)中的目標(biāo)星球一般為人類較少探測或認(rèn)為環(huán)境較為惡劣的星球。此類星球不適宜生物生存，航天器造成的污染機(jī)會(huì)非常小，不會(huì)對(duì)未來的探索計(jì)劃造成危害。此類任務(wù)只要進(jìn)行文檔記錄，包括：任務(wù)的行星保護(hù)簡要計(jì)劃，主要列出計(jì)劃或潛在可能會(huì)接觸的目標(biāo)；簡述發(fā)射前后接觸策略分析，如果發(fā)生了意外接觸，要在接觸后和任務(wù)結(jié)束后說明接觸的位置［5］，為后續(xù)的行星研究提供備用資料。

Ⅲ類任務(wù)針對(duì)的目標(biāo)星球?yàn)槿祟愔攸c(diǎn)關(guān)注的星球，即現(xiàn)階段認(rèn)為對(duì)生命起源探索具有研究價(jià)值的星球。在此類星球的探索過程中，如果引入了地球生物因子，一方面會(huì)嚴(yán)重影響生命探索研究的結(jié)果，另一方面會(huì)導(dǎo)致地球生物污染源在目標(biāo)星球的擴(kuò)散變異等不可預(yù)知的后果。Ⅲ類任務(wù)的航天器飛行不與星球發(fā)生接觸，因此，除了要求有文件記錄外，還要有操作流程要求，但對(duì)飛行中意外接觸可能性大的航天器，應(yīng)在航天器裝配和測試中使用10萬級(jí)以上潔凈室，盡量減少研制過程中的生物污染載荷。

Ⅳ類任務(wù)中的目標(biāo)星球與Ⅲ類任務(wù)相同，其飛行類型為著陸，即航天器會(huì)與星球發(fā)生直接接觸，會(huì)將地球生物污染源直接傳遞到目標(biāo)星球上。對(duì)于此類任務(wù)，要求在Ⅲ類任務(wù)的基礎(chǔ)上，通過生物分析列舉生物負(fù)荷的種類，對(duì)與目標(biāo)星球有直接接觸的硬件部分進(jìn)行合理的局部消毒，或使用生物防護(hù)罩。在極端情況下應(yīng)對(duì)整個(gè)航天器進(jìn)行消毒滅菌，從而徹底避免地球污染目標(biāo)星球［5］。

Ⅴ類任務(wù)主要防止帶回的樣品對(duì)地球造成污染，分為無限制返回地球和限制性返回地球兩個(gè)子類。無限制返回地球是指航天器從太陽系中無自生生命形式的星球返回。此類任務(wù)僅在正向污染階段有保護(hù)要求，一般適用類別Ⅰ或Ⅱ。限制性返回地球是指航天器攜帶未知目標(biāo)星球的樣品返回。由于樣品具有未知生命特性，因此對(duì)地球帶來的風(fēng)險(xiǎn)最大且不可預(yù)測，應(yīng)給予最高的關(guān)注度。類別Ⅴ除了類別Ⅳ的要求外，還應(yīng)提出以下要求［5］：在返回時(shí)采取最嚴(yán)格的控制手段。返回后嚴(yán)禁在未采取任何措施的情況下與樣品發(fā)生直接接觸，所有和目標(biāo)星球進(jìn)行直接接觸的硬件設(shè)備及從目標(biāo)星球帶回的未經(jīng)消毒的物質(zhì)樣品，在返回過程中都應(yīng)密封。任務(wù)結(jié)束后，要在具備最高等級(jí)生物安全防護(hù)水平的環(huán)境下，對(duì)帶回的樣品進(jìn)行分析。一旦發(fā)現(xiàn)有地球以外的復(fù)制性生物存在，就對(duì)樣品進(jìn)行控制。此外，應(yīng)對(duì)任務(wù)活動(dòng)中與目標(biāo)星球接觸物體相關(guān)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控。

3 污染防控環(huán)節(jié)分析

在明確劃分行星保護(hù)任務(wù)類別和各類別任務(wù)的行星保護(hù)要求后，本節(jié)從正向和逆向污染防控角度，分析行星保護(hù)任務(wù)中的防控環(huán)節(jié)，并識(shí)別各防控環(huán)節(jié)中的難點(diǎn)，提出相應(yīng)的防控手段與策略。

3.1 正向污染防控環(huán)節(jié)分析

航天器在與目標(biāo)星球接觸前，按步驟會(huì)經(jīng)歷設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸、發(fā)射、飛行、著陸6個(gè)階段，其中設(shè)計(jì)和生產(chǎn)階段是正向污染防控的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，包括材料選擇、地面生產(chǎn)污染控制等。在運(yùn)輸階段，航天器處于潔凈大廳環(huán)境與外界環(huán)境交叉期間，較易受到外界污染。發(fā)射階段中，引入污染的環(huán)節(jié)是發(fā)射塔架人員或物品進(jìn)艙。飛行階段中可能引入污染的環(huán)節(jié)，是與目標(biāo)星球或其他星球的意外碰撞。著陸后，航天器直接與目標(biāo)星球接觸，會(huì)引入正向污染。通過以上分析，正向污染防控環(huán)節(jié)主要包括選材、生產(chǎn)、運(yùn)輸、發(fā)射、飛行和著陸6個(gè)方面。

選材環(huán)節(jié)主要包括材料抗菌防霉性能和兼容滅菌方法的選擇。材料抗菌防霉性能是指航天器采用的材料不能或不易攜帶有機(jī)物或其他污染物，材料本身不能為微生物等提供滋生的營養(yǎng)物質(zhì)，應(yīng)在航天器選材階段對(duì)材料的抗菌和防霉性能進(jìn)行全面測試，篩選優(yōu)質(zhì)材料。兼容滅菌方法是指選用的不同材料可采用同一種滅菌方法，這樣在航天器總裝完成后可進(jìn)行統(tǒng)一的滅菌處理，使正向污染的預(yù)防最為有效且最為經(jīng)濟(jì)［6］。

無法找到適合同一種滅菌方法的航天器材料時(shí)，就要對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行控制。生產(chǎn)環(huán)節(jié)是引入污染物最多的環(huán)節(jié)，單機(jī)設(shè)備的研制、航天器的總裝測試、地面運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)均面臨著較多的污染源。污染源主要分為操作人員的污染、廠房環(huán)境的污染、工具及產(chǎn)品的污染。生產(chǎn)環(huán)節(jié)的控制涉及面較廣，不僅包括航天器本身及產(chǎn)品的污染源控制，還涉及到人員衛(wèi)生的管控，整體實(shí)施難度較大。

運(yùn)輸環(huán)節(jié)是指從航天器出廠，經(jīng)過運(yùn)輸，直到進(jìn)入發(fā)射基地廠房前的過程。在這個(gè)過程中，航天器脫離了大廳潔凈環(huán)境，較容易受到外界污染。航天器在運(yùn)輸前須裝入包裝箱內(nèi)，而包裝箱存在2個(gè)方面的污染隱患：①在航天器裝箱之前，包裝箱內(nèi)的氣體和表面可能存在較多污染物；②包裝箱的密封設(shè)計(jì)不到位，在運(yùn)輸過程中引入新的外界污染源。在航天器裝箱時(shí)，會(huì)存在吊裝工具污染航天器外表面的風(fēng)險(xiǎn)。在運(yùn)輸?shù)竭_(dá)目的場所后，在航天器卸車過程中，可能會(huì)將附著在包裝箱外表面的污染物引入航天器艙體表面或內(nèi)部。

發(fā)射環(huán)節(jié)主要在2個(gè)過程引入污染：①航天器在發(fā)射基地廠房內(nèi)的拆卸、再裝配、測試等，這與生產(chǎn)環(huán)節(jié)污染風(fēng)險(xiǎn)類似；②在發(fā)射塔架上臨發(fā)射前，航天器打開艙門，會(huì)引入3類污染源，即進(jìn)艙航天員、試驗(yàn)載荷和艙外空氣。航天員本身攜帶微生物，且不可能完全消除，因此，航天員進(jìn)艙前須進(jìn)行皮膚表面衛(wèi)生清潔，并符合生物安全檢疫標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)載荷在裝載前應(yīng)進(jìn)行消毒滅菌處理。航天器在發(fā)射塔架須打開艙門時(shí)，應(yīng)采取措施保證外界的空氣不會(huì)污染艙內(nèi)潔凈空氣。

飛行環(huán)節(jié)是指航天器發(fā)射升空后，在到達(dá)目標(biāo)星球前，有可能與非目標(biāo)星球碰撞帶來污染。一般，在設(shè)計(jì)之初可通過現(xiàn)行軌道的碰撞概率計(jì)算，將意外碰撞概率降到最低。

著陸環(huán)節(jié)是指航天器著陸到目標(biāo)星球后的環(huán)節(jié)。在無人探測器著陸后，航天器或取樣器表面與地外星球接觸，導(dǎo)致地外污染。在有人探測活動(dòng)中，航天員出艙時(shí)可能把帶有地球生命的物質(zhì)帶到地外星球。針對(duì)無人探測，在選材和地面研制環(huán)節(jié)應(yīng)盡可能將污染程度降到最小。有人探測方面，要考慮出艙可能帶出的生命物質(zhì)，應(yīng)對(duì)氣閘艙的氣體、航天服等進(jìn)行消毒滅菌處理，并對(duì)廢棄物等進(jìn)行嚴(yán)格管理。

3.2 逆向污染防控環(huán)節(jié)分析

逆向污染是由從目標(biāo)星球返回的航天器和樣品引入。探測過程中，樣品采集保存環(huán)節(jié)有可能引入地外星球的物質(zhì)。在探測任務(wù)完成后，航天器返回地球會(huì)經(jīng)歷起飛、返回飛行、著陸幾個(gè)階段，其中在著陸環(huán)節(jié)中存在與地球發(fā)生意外碰撞的可能，導(dǎo)致返回樣品的擴(kuò)散污染。著陸后，樣品的運(yùn)輸、地面研究與銷毀環(huán)節(jié)均可能產(chǎn)生逆向污染。通過以上分析可知，逆向污染要防控的環(huán)節(jié)主要包括樣品采集保存、返回著陸、樣品運(yùn)輸、樣品研究、樣品銷毀。

樣品采集保存環(huán)節(jié)是指樣品在采集過程中，星球上可能存在的生命形式污染到取樣器或航天服。樣品進(jìn)行密封處理后返回地面，而取樣器或航天服表面可能留有地外物質(zhì)，這就要充分考慮取樣器或航天服在返回前的滅菌處理。

返回著陸環(huán)節(jié)是指在返回過程中航天器有可能與地球發(fā)生意外碰撞，從而帶來碰撞污染。因此，在設(shè)計(jì)之初應(yīng)通過現(xiàn)行軌道的碰撞概率計(jì)算，將意外碰撞概率降到最小。

樣品運(yùn)輸環(huán)節(jié)是指返回的樣品在從航天器取出，再運(yùn)送到實(shí)驗(yàn)室研究的整個(gè)過程。在這個(gè)環(huán)節(jié)，樣品須經(jīng)過嚴(yán)格密封處理，絕對(duì)不能在運(yùn)輸過程中出現(xiàn)泄漏。

在樣品研究環(huán)節(jié)中，由于樣品生物風(fēng)險(xiǎn)的不可預(yù)測性，研究環(huán)境應(yīng)設(shè)為生物安全最高等級(jí)［7］，嚴(yán)格防止研究環(huán)境與地球自然環(huán)境的任何物質(zhì)交換，確保在樣品生物風(fēng)險(xiǎn)不明確的情況下，將影響范圍縮到最小。

樣品銷毀環(huán)節(jié)是指在樣品研究后，應(yīng)進(jìn)行特殊處理銷毀，且銷毀后的物質(zhì)應(yīng)繼續(xù)密封保存［8］。

4 我國開展行星保護(hù)的建議

基于上述行星保護(hù)的類別及環(huán)節(jié)分析，在充分借鑒國外經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)國內(nèi)行星保護(hù)的研究情況，提出我國行星保護(hù)規(guī)范和策略方面的一些建議，可為我國深空探測任務(wù)中實(shí)施行星保護(hù)提供參考。

4.1 正向污染防控建議

正向污染防控是開展行星保護(hù)的第一步，在目前尚未發(fā)現(xiàn)地外星球生命的情況下，正向污染防控顯得更加重要。根據(jù)行星保護(hù)的正向污染環(huán)節(jié)分析，提出以下建議。

（1）探索適用范圍更廣的航天器滅菌方法。航天器正向污染防護(hù)中，比較經(jīng)濟(jì)的控制為總裝后的統(tǒng)一的滅菌方式，因此，在項(xiàng)目開始階段就應(yīng)選好適用于航天器整個(gè)系統(tǒng)的滅菌方法，系統(tǒng)的所有設(shè)備都必須能采用這種滅菌方法，從而在完成總裝后進(jìn)行一次性的滅菌處理。NASA的行星保護(hù)計(jì)劃中常用的滅菌方法是干熱殺菌法，這種方法曾用于20世紀(jì)70年代海盜號(hào)（Viking）火星探測器的滅菌處理。進(jìn)行清潔后，海盜號(hào)著陸器在一個(gè)干熱滅菌箱中進(jìn)行了115℃、40h的處理。干熱滅菌法簡單有效，并一直作為非常實(shí)用的技術(shù)手段對(duì)多類航天零部件進(jìn)行滅菌處理。現(xiàn)代航天器的許多電子元件和感應(yīng)器，雖然在性能上得到了很大的提高，但仍會(huì)受到干熱滅菌處理的影響，因此NASA正在積極尋找可替代的滅菌方法，并正在研究過氧化氫滅菌系統(tǒng)，期望其能獲得批準(zhǔn)、成為替代干熱滅菌的有效方法。可見，尋找適用范圍更廣的航天器滅菌方法，是目前行星保護(hù)實(shí)施的關(guān)鍵技術(shù)之一。

（2）建立航天材料性能數(shù)據(jù)庫。其目的包括2個(gè)方面：①要找到對(duì)設(shè)備和材料都適用的滅菌方法，這樣可以避免在項(xiàng)目初期花費(fèi)大量的時(shí)間用于評(píng)估測試，而且在航天器總裝完成后，可以降低尋找統(tǒng)一的滅菌方法的難度。針對(duì)不同組合的材料，建立特異的滅菌方案［9］。此方案可包括生物凈化和有機(jī)污染控制等。②通過建立數(shù)據(jù)庫，積累材料抗菌和防霉性能數(shù)據(jù)。從設(shè)計(jì)選材方面，盡量選擇抗菌和防霉性能較優(yōu)的材料，增強(qiáng)航天器對(duì)微生物污染的預(yù)防能力。

（3）采取航天器無菌總裝程序。在統(tǒng)一的滅菌方法無法實(shí)現(xiàn)的情況下，須在生產(chǎn)和發(fā)射環(huán)節(jié)的總裝測試中采取無菌環(huán)境總裝。無菌總裝過程對(duì)操作者、產(chǎn)品及操作環(huán)境有許多嚴(yán)格的要求。首先，零部件應(yīng)采用特定方法進(jìn)行生物清除或者滅菌處理，處理后的零部件在總裝前應(yīng)進(jìn)行無菌保存，在使用時(shí)則須在無菌環(huán)境中打開包裝，參與總裝的人員也應(yīng)嚴(yán)格控制自身的帶菌量，可通過穿戴無菌工作服和佩戴無菌手套等實(shí)現(xiàn)。不過，這些產(chǎn)品的外表面在操作過程中仍會(huì)被污染，為了確保微生物載荷量處于規(guī)定的范圍內(nèi)，必須對(duì)航天器產(chǎn)品進(jìn)行定期的微生物學(xué)評(píng)估。例如，產(chǎn)品的微生物載荷量超標(biāo)，在總裝期間就必須進(jìn)行表面生物凈化處理，并保持跟蹤監(jiān)測，最終評(píng)估結(jié)果必須滿足相關(guān)文件的規(guī)定和要求［10］。

（4）運(yùn)輸環(huán)節(jié)的程序控制與包裝設(shè)計(jì)。首先，包裝箱須進(jìn)行密封設(shè)計(jì)，能維持箱內(nèi)氣體正壓，防止外界氣體進(jìn)入箱內(nèi)。在艙體裝箱轉(zhuǎn)運(yùn)前，須先將包裝箱進(jìn)行內(nèi)表面消毒擦拭，裝箱操作應(yīng)在高潔凈度的總裝測試大廳里進(jìn)行，以保證箱內(nèi)氣體的潔凈度。到達(dá)發(fā)射場后，在打開包裝箱前，應(yīng)在相對(duì)潔凈的環(huán)境對(duì)包裝箱外表面進(jìn)行吹氣清除；然后將包裝箱轉(zhuǎn)運(yùn)至高潔凈度的發(fā)射場總裝測試大廳，打開后取出艙體。在運(yùn)輸完成后，對(duì)艙體表面進(jìn)行監(jiān)測，應(yīng)保證其滿足微生物要求。

（5）降低航天器發(fā)生碰撞的可能性。對(duì)所有可能與地外星球發(fā)生軌道交叉的航天器，進(jìn)行飛行軌道分析，以評(píng)估與地外星球發(fā)生碰撞的概率，盡量通過軌道設(shè)計(jì)將碰撞概率降到最小。對(duì)于預(yù)計(jì)會(huì)降落或碰撞到目標(biāo)星球上的航天器，則必須進(jìn)行表面和深度去污處理，或者對(duì)航天器進(jìn)行滅菌處理。

（6）地外星球接觸過程中的污染控制。在發(fā)射前，取樣器和著陸器表面須經(jīng)過無菌處理，其外層應(yīng)套有生物保護(hù)罩。在發(fā)射后，生物保護(hù)罩與取樣器和著陸器分離，確保兩者在著陸前的潔凈。在取樣完成、返回前，應(yīng)盡可能保證取樣器和著陸器與地外星球接觸表面的密封處理。另外，應(yīng)將艙外航天服的污染程度降到最低，艙外航天服的無菌處理可在地面發(fā)射前完成。使用過的航天服，須用強(qiáng)效消毒濕巾進(jìn)行全面擦拭，并將其放入密封袋中保存，擦拭完的垃圾用品應(yīng)放入密封袋中存放。在未對(duì)探測星球的生物及生存環(huán)境進(jìn)行全面了解的情況下，應(yīng)嚴(yán)格限制將航天員生活垃圾拋在星球表面，防止出現(xiàn)對(duì)星球的無意污染。

4.2 逆向污染防控建議

在樣品返回任務(wù)中，保護(hù)地球環(huán)境是極為重要的一項(xiàng)要求，因?yàn)樗苯优c地球的生物圈安全相關(guān)。關(guān)于逆向污染防控的建議體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）限制返回器發(fā)生撞擊的可能性。應(yīng)通過計(jì)算分析，降低返回器與地外星球出現(xiàn)意外碰撞的可能性，防止樣品的無限制擴(kuò)散。

（2）樣品和航天員返回時(shí)的處理。為了避免地外星球的物質(zhì)釋放到地球生物圈，返回樣品必須密封處理，并在返回器進(jìn)入返回地球的軌道之前完成。在飛行期間，應(yīng)檢查是否密封，同時(shí)還要考慮容器的密封設(shè)計(jì)（比如使用密封圈、密封操作等）。在有人探測任務(wù)中，可通過人工實(shí)現(xiàn)樣品的密封操作；而在無人探測任務(wù)中，要自動(dòng)完成樣品的密封及密封效果檢測，實(shí)施難度較大，因此是返回過程中的關(guān)鍵技術(shù)之一。在返回前，航天員應(yīng)進(jìn)行自身表面的微生物檢測，在表面癥狀無異常表現(xiàn)和檢測無特殊類別微生物時(shí)，才能返回。如發(fā)現(xiàn)異常，須及時(shí)報(bào)告，由地面專家進(jìn)行指導(dǎo)處理。

（3）在隔離間進(jìn)行樣品分析。樣品的分析必須在生物安全4級(jí)實(shí)驗(yàn)室的隔離間中進(jìn)行。4級(jí)實(shí)驗(yàn)室是防護(hù)級(jí)別最高的生物實(shí)驗(yàn)室，來自地外星球的所有物質(zhì)在被證實(shí)無害之前，都必須按極度危險(xiǎn)病原體對(duì)待，尤其是在進(jìn)行生命探測和生物危害檢測的任務(wù)中，所有的實(shí)驗(yàn)和測試過程都必須在隔離間進(jìn)行。

（4）外來生命物質(zhì)的滅菌處理。對(duì)外來生命物質(zhì)的滅菌方法，必須經(jīng)過驗(yàn)證后才能使用。目前尚未發(fā)現(xiàn)來自地外星球具有生命活性的生物，因此無法對(duì)滅菌處理的可行性作出明確說明。

4.3 策略的實(shí)施建議

我國目前在行星保護(hù)方面開展了初期的探索性工作。現(xiàn)從策略層面提出幾點(diǎn)實(shí)施建議，為后續(xù)行星保護(hù)的規(guī)劃實(shí)施及政策制定提供一定的參考。

（1）航天器研制方可根據(jù)實(shí)際情況，摸索目前航天器生物載荷污染程度，分析現(xiàn)有航天器污染來源，然后提出具體的行星保護(hù)工程實(shí)施要求，制定相應(yīng)的航天器行星保護(hù)實(shí)施技術(shù)流程。

（2）航天器研制方可根據(jù)行星保護(hù)要求的實(shí)際執(zhí)行情況及效果，評(píng)估航天器研制過程中行星保護(hù)要求的合理性及所采取措施的有效性，并結(jié)合國外行星保護(hù)技術(shù)規(guī)范體系，提出我國行星保護(hù)任務(wù)在航天器研制過程中的技術(shù)規(guī)范。

（3）航天器研制方可開展科普宣傳活動(dòng)，定期組織召開技術(shù)研討會(huì)議，切實(shí)增強(qiáng)工程實(shí)施方的行星保護(hù)意識(shí)，促進(jìn)行星保護(hù)技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)提升社會(huì)對(duì)保護(hù)太空環(huán)境的關(guān)注度。

（4）政策制定及任務(wù)規(guī)劃部門可參考行星保護(hù)技術(shù)規(guī)范，明確我國行星保護(hù)的機(jī)構(gòu)組成、審批程序及管理流程等，從法律法規(guī)層面對(duì)行星保護(hù)的實(shí)施給予一定的約束及指導(dǎo)。

（

）

［1］The COSPAR Workshop.COSPAR planetary protection policy［R］.Houston，Texas：World Space Council，2011

［2］Responsible Office：Science Mission Directorate.Biological contamination control for outbound and inbound planetary spacecraft，NPD 8020.7G［R］.Washington D.C.：NASA，2008

［3］Rummel J，Ehrenfreund P，Peter N.COSPAR workshop on planetary protection for outer planet satellites and small solar system bodies［R］.Paris：COSPAR，2009

［4］Mahulena Hofmann，Petra Rettberg，Mark Williamson.Protecting the environment of celestial bodies：the need for policy and guidelines［M］.Paris：International Academy of Astronautics，2010

［5］John D，Rummel J，Pierson D L.Microbial contamination of spacecraft［J］.Gravitational and Space Biology Bulletin，2001，14（2）：1－6

［6］Andre Debus.Planetary protection：elements for cost minimization［J］.Acta Astronautica，2006：1093－1100.DOI：10.1016/j.actaastro.2005.07.049

［7］Responsible Office：Science Mission Directorate.Planetary protection provisions for robotic extraterrestrial missions，NPR8020.12B［R］.Washington D.C.：NASA，2000

［8］Rummel J D.A draft test protocol for detecting possible biohazards in Martian samples returned to earth［R］.Washington D.C.：NASA，2002

［9］Margaret S，Race A，Gerhard Kminek B，et al.Planetary protection and humans on Mars：NASA/ESA workshop result［J］.Advances in Space Research，2008：1128－1138.DOI：10.1016/j.asr.2008.03.003

［10］Rummel J D.Planetary exploration in the time of astrobiology：protecting against biological contamination［J］.Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，2001，98（5）：2128－2131

（編輯：夏光）

Prevention and Control Links Analysis and Implementation Suggestions of Planetary Protection

ZHANG Lantao1YANG Hong1YIN Hong2WEI Chuanfeng1WEN Bo3
（1Institute of Manned Space System Engineering，China Academy of Space Technology，Beijing 100094，China）
（2Shenzhou Space Biology Science ＆Technology Co.，Ltd，Beijing 100190，China）
（3Beijing Institute of Spacecraft System Engineering，Beijing 100094，China）

Planetary protection means avoiding cross contamination between the earth and other planets by using the prevention and control method，which is significantly important for the biological safety of the earth and the exploration of the origin of life.In this paper，specific meaning of the planetary protection concept is determined，which includes preventing the planets from the contaminations of the earth（forward contamination）and avoiding the substance from the planets contaminating the earth（backward contamination）.Then，the divided categories of planetary protection are analyzed according to the different tasks.Based on the survey data，the characteristics and links of biological contamination are emphatically discussed during the process of planetary protection，e.g.the forward contamination links：material selection，manufacturing，transporting，launching，flying，and the back contamination links：sampling，returning，researching and destroying.At last，some implementing suggestions are proposed from the perspectives of forward con－tamination，backward contamination and strategy such as exploring sterilization method，building material database，aseptic assembling during the forward contamination links，and the sealing，storing，separating，destroying of the returned samples.

planetary protection；biological safety of the earth；origin of life；biological contamination

V11

A

10.3969/j.issn.1673－8748.2016.05.017

2016－04－08；

2016－07－13

國家重大科技專項(xiàng)工程

張?zhí)m濤，男，工程師，從事載人航天器微生物控制總體設(shè)計(jì)工作。Email：zlt840208@163.com。