Klávesové zkratky na tomto webu - základní­
Přeskočit hlavičku portálu


Grün: Těžký úkol sterilizace kosmických sond

aktualizováno 
V minulém článku Ing. Marcel Grün načal tématiku nechtěného vývozu pozemského života na jiná vesmírná tělesa. Dnešní text podrobněji popisuje, co vše kosmické agentury dělaly a dělají pro to, aby vypouštěné objekty dokonale vyčistily.

Nad přístroji sondy Beagle | foto: NASA

Plných 10 až 15 procent nákladů na přípravu některých kosmických sond, určených pro planetární průzkum, stojí opatření vedoucí k omezení "vývozu" pozemského života do vesmíru. Celé mohutné systémy se montují v podmínkách, jaké musí technikům závidět i nároční chirurgové. Více v předchozím článku.

Manipulace v nejčistší hale v Houstonu

Ani filtrované, extrémně čisté prostředí však nezaručuje skutečnou sterilitu – tu ostatně, jak už dávno víme, v absolutním slova smyslu zajistit nedovedeme.

Mnohem přesnější vyjádření skutečnosti je minimalizování kontaminace a snížení stupně biologické zátěže na přijatelnou míru. U kosmických sond k planetám se tradičně stanovuje pravděpodobnost, že by planeta mohla být biologicky kontaminována: při pravděpodobnosti 1:1000 (10-3) se předpokládá, že jen v jednom případě z tisíce by mohlo k lokální kontaminaci dojít.

Cesta k dokonalé sterilizaci ještě neskončila

Odborníci dosud nenašli univerzálně použitelnou a skutečně fungující sterilizační metodu. To, co vyhovuje chirurgům např. v autoklávech (horká pára při teplotě 120 až 135 °C působící desítky minut) způsobuje korozi a nedostane se pod povrch. Při tom již od počátku 60. let víme, že mikroorganismy se mohou dobře skrývat i v mikroskopických prasklinách povrchu, uvnitř plastů, mezi plastikovou izolací kabelů a vodiči a že mnoho součástek vč. odporů, kondenzátorů atp. už od výrobců obsahuje plno mikroorganismů.

Pro kosmické účely je zapotřebí hloubková sterilizace alespoň jednotlivých prvků, nejlépe na závěr i celé sondy. Prakticky použitelné je "vypékání" ve velmi suchém prostředí při teplotě nad 110 °C po dobu mnoha desítek hodin – ovšem takové chování obtížně vydrží zejména elektronika. Hloubkový účinek má rovněž ozáření paprsky gama při dávkách řádově vyšších, než jsou letální – tedy nejméně kolem 2,5 Mrad, což však může mít stejně "smrtelné" účinky pro elektroniku a nadto poškozuje optiku.

V současnosti se obvykle používá kombinace různých metod povrchové i hloubkové sterilizace "per partes" a všechny úkony se provádějí v maximálně čistém až aseptickém prostředí.

První sondy na Mars

Na základě stále nových zjištění nás z hlediska "planetární karantény" zajímá zřejmě nejvíc planeta Mars. Jak známo, prvním tělesem, které na ni dopadlo, byl přistávací modul sondy Mars 2 27. 11. 1971. Sestupový systém však selhal a sonda dopadla velkou rychlostí do oblasti Hellespontus Montes (44° j. š., 47° v. d.) – podle oficiálních informací byla sonda před startem ze Země sterilizována. Teprve nedávno jsme se dozvěděli, že za tento proces odpovídal akademik A. A. Imšenětskij a realizoval ho Ústav sterilizace a dezinfekce v Moskvě. Ukázalo se, že celé pouzdro sterilizovat nebylo možné, avšak jednotlivé části ano, a to využitím plynného methylbromidu, příp. vysoké teploty nebo ozářením. Montáž pak probíhala v uzavřené komoře s čistým prostředím, udržovaným speciálními vzduchovými filtry. Kromě toho byla při tom sonda ozařována germicidními výbojkami, ničícími bakterie.

Rusové ujišťují, že přísná pravidla berou velmi vážně a řídí se stejnými zásadami jako Američané. Je ovšem pravděpodobné, že před startem mají s čištěním značné problémy, i když závěrečnou montáž provádějí v izolovaném a filtrovaném prostředí. Američané byli zděšeni, když zjistili, že těsně před startem sondy Fobos se v hale, v níž byla raketa i se sondou, konala recepce pro spoustu lidí... Přípravy sondy Mars-96 (nakonec se dostala jen na dráhu kolem Země) však na přání francouzských partnerů prokazatelně probíhaly podle ochranných pravidel téměř stejných, jaké má NASA, tedy v prostoru s filtrací třídy 100000.

Cílem prvních amerických sond k Marsu byl prostý průlet kolem planety. Z hlediska dosažených výsledků byl stav uspokojivý, odhad biologického zatížení byl zhruba 3x10-5. U Marineru 9, který se stal první umělou družicí Marsu, bylo dosaženo hodnoty 2x10-5.

Nejvyšší laťka

Pro sondy Viking byla nejprve stanovena hranice 10-4, avšak reálným cílem bylo dosáhnout výsledků lepších, i když za cenu nezanedbatelného zvýšení rozpočtu. Tak byla nasazena dosud nejvyšší laťka – a bohužel, z finančních důvodů se při dalších letech k Marsu potichu snižovala. Přistávací moduly Vikingů byly vybaveny (poprvé a dosud naposledy) na svou dobu nejcitlivějšími přístroji pro hledání stop života a proto byly sondy zařazeny do kategorie COSPAR IV-b. Odborníci tehdy znovu přetřásali do té doby užívané metody: plyny jako ethylenoxid byly zavrženy jako příliš korozivní, ozařování nedovolovala použitá aparatura. Bylo nutno zvolit metodu, která měla hloubkový účinek, takže nakonec opět došlo na propékání.

Příprava sondy Viking (1975)

Ovšem až nakonec. Již od počátku konstruování se přísně dodržovala vysoká čistota všech dodávaných zařízení. Integrační práce se konaly v čistém prostředí, izolovaném od okolí, kam byl vháněn jen čistý vzduch přes speciální filtry tak, aby se v okolním prostředí minimalizovala přítomnost mikroorganismů na úrovni odpovídající nejpřísnějším normám chirurgického prostředí. Přistávací moduly byly sestavovány v extrémně čistém prostředí s laminárním prouděním vzduchu "třídy 100000", což přibližně odpovídá klasifikaci ISO-7. Tehdy to bylo na hranici snů... Ovšem unikátní zůstaly rozměry čištěného prostoru: výška jedné haly je 14 metrů, výška druhé dokonce 21 metrů.

Průběžně byly části i celky čištěny a dekontaminovány a byly odebrány tisíce kontrolních vzorků, takže nakonec na čtvereční metr vnějších ploch připadalo jen 300 spor a celkový počet spor na přistávacím modulu nepřekročil 300 tisíc. Jako indikátoru se používalo mikroorganismu Bacillus subtilis. Po dokončení byly přistávací moduly uzavřeny do biologického štítu, v němž zůstaly až do doby, kdy se sonda dostala do meziplanetárního prostoru. Na závěr byl celý štít důkladně cyklicky propékán v suchém prostředí (vlhkost do 1,3 mg/l) po dobu delší než 50 hodin při teplotě nad 115 °C.

Jedním z důvodů dvouletého časového skluzu (start 1975) bylo i hledání vhodných pohonných látek pro brzdicí motor, které tyto podmínky musely vydržet. Kvalifikovaný odhad dosažené biologické zátěže se pohybuje kolem 3,2x10-5 pro družicové moduly a 2x10-5 pro přistávací moduly.

Po vzoru Vikingů

O dvacet let později sonda Pathfinder sice na Marsu přistávala, ale život přímo nehledala. Proto patřila do kategorie IV-a. Její montáž probíhala v podobně čistém prostředí jako u Vikingů. Všechny exponované povrchy byly buď omyty alkoholem, nebo tepelně sterilizovány kromě vozítka Sojourner, které bylo čištěno freonovými parami. Konečná biologická zátěž byla jen 15 spor na m2 a celkově 2,9x104 spor. Velmi přísné podmínky panovaly i na Cape Canaveralu. Přistávací část sondy pak byla vybavena ještě izolačním filtrem HEPA, který prakticky nepropouštěl částice větší než 0,3 mikrometru (tentokrát se ochraňoval Mars).

Velmi podobná opatření platila i při konstrukci sondy Mars Polar Lander, která se však možná rozbila (nebo aspoň zčásti dezintegrovala) při pokusu o přistání roku 1998. Platí o ní, že byla velmi čistá, avšak neprošla celkovou sterilizací a nelze tedy o ní tvrdit, že nemohla na povrch Marsu nějaké spory zavléci. Mars Climate Orbiter sice rovněž skončil havárií (byl "čistý" o něco málo méně, protože se měl dostat na oběžnou dráhu kolem Marsu), avšak soudíme, že víceméně shořel v Marsově atmosféře.

Vikingovské úrovně zřejmě nedosáhla ani vozítka MER – Spirit a Opportunity. Veškeré součásti byly omývány alkoholem, pokud ho nesnesly (airbagy, padáky apod.), bylo použito tepelné sterilizace (ohřev na 110 °C po dobu 50 hodin, příp. na 125 °C po dobu 5 hodin). Trubky a hadičky byly proplachovány kyselým roztokem nebo byly odmaštěny freonem. Montáž se prováděla v ultra-čistém prostředí, elektronické součásti byly od Marsova prostředí izolovány filtry HEPA. Prvky, které nemohly být čištěny, byly zakrytovány. Původně bylo sice plánováno rozsáhlejší a komplexnější využití tepelné sterilizace, avšak z finančních důvodů od toho bylo při realizaci upuštěno...

Montáž sondy Mars Reconnaissance Orbiter

Mimo americké laboratoře bylo připravováno evropské (resp. britské) přistávací zařízení Beagle 2, dovezené k Marsu sondou Mars Express – víme, že sonda dobře funguje na oběžné dráze, avšak Beagle 2 se od sestupu do atmosféry neozval: možná se rozbil, požná při přistání jen mírně poškodil. Přistávací modul byl při výrobě součástí, závěrečné montáži i další předstartovní manipulaci velmi pečlivě kontrolován přísněji, než určují směrnice pro kategorii IV-a+ (např. vzhledem k malým rozměrům mohla probíhat montáž v laboratoři s certifikátem ISO-5) a v době startu určitě neměl na svém povrchu víc než 300 spor na jeden čtvereční metr. Minimalizace množství pozemských mikroorganismů na palubě modulu je důležitá nejen kvůli zavlečení pozemských forem života na Mars, ale byla principiální pro věrohodnost plánovaných měření.

Schema sterilizace sondy Beagle 

Samozřejmostí bylo maximálně čisté, aseptické prostředí s filtrovaným vzduchem, průběžné očišťování jednotlivých částí alkoholem, pokud to bylo možné, využití suché sterilizace za vysokých teplot, vystavení účinku dekontaminujícího plynu a především ozařování gama a ultrafialovými paprsky, přičemž byla prováděna mnohonásobná kontrola účinnosti likvidace mikroorganismů. Sonda byla uložena do biologického štítu a chráněna filtrem HEPA. K připojení k sondě Mars Express v Toulouse došlo v ultračistém prostředí, právě tak jako k montáži na raketu v Bajkonuru; po převozu se vždy provádělo chemické očišťování dostupného povrchu.

Nejbližší budoucnost

V minulých měsících byla dokončena sonda Phoenix, která má startovat letos v srpnu (3. 8. 2007) a v příštím roce přistát do severní polární oblasti Marsu. Nese mj. pyrolytický analyzátor TEGA [Thermal and Evolved Gas Analyzer], který tvoří osm pyrolytických komor pro zahřívání vzorků půdy do teploty 1200 °C a laserový spektrometr pro analýzu těkavých složek půdy – do jisté míry je schopen i měření přítomnosti organických látek. Zvláštní pozornost byla věnována sterilizaci mechanického ramene pro odběry vzorků, které by sice mělo obsahovat nejvýše několik desítek spor, avšak někteří biologové se obávají, že ve vlhkém prostředí by se po sezonním zvýšení teploty mohly začít množit...

 Montáž zařízení TEGA (Phoenix) Phoenix při závěrečné montáži

Je zřejmé, že požadavky na biologickou čistotu kosmických sond na Mars budou stále větší, zejména při realizaci přistání do vybraných oblastí se zvýšenou pravděpodobností, že bychom tam mohli najít vhodné podmínky pro jednoduchý život. NASA slibuje zvlášť pečlivá opatření pro mobilní biologickou laboratoř Mars Science Laboratory, která má přistát na Marsu v létě 2010.

Laboratoř MSL ve srovnání s vozítkem Spirit

Odběr vzorků z Marsu a doprava na Zemi, zatím plánované na dobu po roce 2016, si vyžádají opatření, o nichž se teprve začíná hovořit. Zařízení, které vzlétne z povrchu, bude zřejmě zanecháno na oběžné dráze kolem Marsu. Do návratového modulu bude přesunut pouze kontejner s horninami a ten bude celý, tedy povrchově i uvnitř, sterilizován (co nejlépe to budeme umět) dřív, než se modul vydá k Zemi.

Pokud předchozí sondy do té doby získají jakékoliv pozitivní zjištění o možném výskytu i té nejjednodušší formy živé látky, mělo by to vést k úplné změně strategie výzkumu Marsu vč. oddálení pilotovaných výprav až do doby, než roboti získají detailní informace a lidé budou bezpeční...

Roste i počet objektů v naší sluneční soustavě, které se nám ve světle nových výzkumů jeví jako potenciálně biologicky aktivní, na prvním místě Jupiterův měsíc Europa. Stále víc specialistů proto volá po nových metodách detekce a důkladnějšího odstranění mikroorganismů na bezpilotních sondách. Národní vědecká rada přímo vyzývá NASA, aby přistávací moduly zejména pro Mars byly plně sterilizovány i za cenu delšího vývoje a vyšších nákladů.

ing. Marcel GrünO autorovi:

Ing. Marcel Grün

Narodil se 20. listopadu 1946 v Chebu. Vystudoval fakultu strojní ČVUT a pokračoval pedagogikou.
Astronomií a kosmonautikou se zabývá téměř celý život; od 15 let byl demonstrátorem Štefánikovy hvězdárny. Od roku 1967 pracuje v Planetáriu Praha, nyní je ředitelem Hvězdárny a planetária hl. m. Prahy.

Věnuje se zejm. výuce a popularizaci astronomie, kosmonautiky a kosmického výzkumu. Na svém kontě má několik knih a byl oceněn i jako popularizátor vědy; od r. 1999 nese jeho jméno planetka č. 10443. Desítky let působil v různých funkcích v České astronomické společnosti, nyní je mj. členem Rady pro kosmické aktivity při MŠMT, předsedou Sdružení hvězdáren a planetárií a  předsedou dozorčí rady České kosmické kanceláře, u jejíhož zrodu stál.

Autor:


Nejčtenější

„Tak mě zastřel!“ vykřikl ruský voják a zavraždil šestnáctiletého kluka

Vražedná zbraň. Touto pistolí Stečkin APS zastřelil opilý ruský voják Rudněv v...

„Teď v Československu platí sovětské zákony,“ řekl ruský generál vyšetřovatel Veřejné bezpečnosti, když pátrali po...

Zabil je výbuch ruského tanku v centru Prahy. KSČ ničila životy pozůstalým

Tanky typové řady T-54/55, ten blíž k fotografovi evidentně neschopný pohybu,...

Zatímco na pražské Vinohradské třídě hořel a vybuchoval tank, zmatení ruští vojáci na Václavském náměstí zahájili palbu...



Tento pancíř dá tankistům pocit bezpečí a jistoty. Ale bude to stačit?

SMART PROTech na tanku Leopard 2

Německá firma IBD Deisenroth Engineering (IBD) představila prototyp balistické ochrany SMART PROTech pro obrněná...

Úspěšný start. Sonda míří ke Slunci tak blízko, jako žádná předtím

Úspěšný start rakety Delta IV Heavy 12.8.2018 v 9:31 se sondou Parker Solar...

V neděli ráno se ke Slunci vydala unikátní sonda Parker Solar Probe. Měla by se přiblížit k naší hvězdě podstatně blíže...

Horký nápoj vás ve vedru ochladí lépe, zjistili vědci. Ale má to háček

Horký nápoj v horkém létě?

Biologie lidského těla někdy funguje přesně naopak, než by člověk čekal. Příkladem je pití horkých nápojů v létě. Zní...

Další z rubriky

Pohled na „padající hvězdy“ bude nejlepší v nejbližších pěti letech

Perseidy nad Negevskou pouští.

Po roce se k Zemi znovu přiblížil meteorický roj Perseid. Na našem nebi se tak chystá podívaná, kterou si řada nadšenců...

V noci se dívejte na nebe. Perseidy předvedou pravidelnou podívanou

Perseidy (Irsko, 7. srpna 2009)

Ani letos nás prach z komety Swift-Tuttle nemine a zájemci, kteří vydrží dlouho do noci, se tak mohou těšit na...

Otázka života a smrti. Jak zachránit posádku vybuchující rakety?

Průběh zkoušky první záchranné raketové věžičky určené pro kosmické lodi...

Už od prvních pilotovaných letů si konstruktéři raket uvědomovali, že kosmické lodi by měly být osazeny záchrannými...

Najdete na iDNES.cz