Mechanism of Mold-Induced Degradation of Silicone Rubber Under Microgravity in Space Environment

在空间站密封且恒温恒湿的舱室内，一场人类技术与随行而来的微观生命之间的无声战斗正在上演。硅橡胶因其柔韧性和耐极端温度的能力而备受青睐，它作为关键的密封材料，起着将空气留在舱内、将太空真空拒之门外的作用。它是维系生命维持系统和电气元件的无名英雄。然而，这种材料并不能免疫那些搭乘宇航员和设备进入太空的微小真菌。在航天器温暖、潮湿且营养丰富的环境中，这些真菌可以定植在橡胶表面，以制造过程中留下的有机添加剂为食。工程师们长期以来的疑问是，太空的独特环境——特别是重力的缺失——是否会改变这些生物攻击其宿主的方式。这种漂浮、失重的环境会使橡胶变得更加脆弱，还是会通过干扰真菌的生长方式来某种程度上保护材料？

为了回答这个问题，来自中国航天计划及相关大学的研究人员进行了一项直接对比实验，将硅橡胶样本随神舟飞船送入轨道，同时在地面保留完全相同的样本。他们用一种被称为“巴西黑曲霉”（Aspergillus brasiliensis）的常见霉菌对两组样本进行了接种，这种真菌常发现于土壤和腐烂的植物中。太空样本在中国空间站真实的微重力环境下停留了九十天，而地面样本则在模拟空间站温度和湿度的受控实验室环境中生长。通过将太空样本带回地球，并将其与地面上的“双胞胎”样本进行对比分析，研究团队得以观察重力的缺失如何影响霉菌的行为以及随之而成的对橡胶的破坏。

结果揭示了霉菌在两种环境下行为模式的惊人差异。在地球上，霉菌生长旺盛。孢子（真菌微小的繁殖单元）沉重地落在橡胶表面，形成了密集的集群。随着它们的生长，它们分泌了大量的有机酸，其中包括一种被称为丁酸的特定酸类。这些酸如同化学溶剂一般，渗透进橡胶并分解其内部结构。研究人员发现，地面霉菌产生的酸总量比太空中的霉菌高出十倍。这种化学攻击导致了肉眼可见的损伤：橡胶表面变得粗糙、出现凹坑并出现剥落现象，失去了原有的光滑质感，更关键的是，失去了抵抗电流流动的能力。该材料的绝缘性能从约 600 kΩ·cm 下降到约 330 kΩ·cm，降幅接近 50%，这表明其内部分子链已受到严重破坏。

相比之下，太空中的霉菌却难以站稳脚跟。由于没有重力将孢子向下牵引并使其紧贴在表面，含有孢子的液体表现出了不同的行为，主要受表面张力驱动。这导致孢子仅聚集在液滴的边缘，而非均匀地分布在整个橡胶表面。因此，太空中的霉菌分布稀疏且基本处于不活跃状态。它产生的破坏性有机酸极少，橡胶表面基本保持完好。虽然在液体干燥处有一些细微的裂纹，但材料并未遭受像在地球上那样广泛的侵蚀。研究人员通过高倍显微镜观察橡胶并利用光检测化学变化，证实了这一点；太空样本显示的分子分解迹象远少于地面样本。

研究结论指出，微重力环境显著改变了降解过程，导致材料损伤程度低于地球条件。重力的缺失阻止了霉菌形成如此具有破坏性的、能产生大量酸的密集菌落。太空环境产生的不是均匀的衰变层，而是斑驳且微弱的定植，从而使材料的降解程度较低。这一发现对于未来的长期载人航天任务至关重要，因为它表明硅橡胶密封件在轨道上的生物磨损可能比在地球上要轻。这为工程师提供了关于材料在太空中如何老化的清晰图景，使他们能够设计出更好的防护策略，确保保障宇航员安全的关键密封件在未来数年内依然可靠。