Jak se staví kosmické sondy, abychom vesmír nekontaminovali životem

Program Planetární karanténa se snaží zabránit "vývozu" pozemského života do vesmíru a zabránit kontaminaci naší planety mimozemskými vzorky. Postup této "očisty" vám odhalí článek Marcela Grüna.

kolektory sondy Genesis v nejčistší hale NASA | foto: NASA

Že do vesmíru, zejména vzdálenějšího, létají zařízení se špičkovou elektronikou a měřicí technikou, považujeme za samozřejmé. Jinak by poměrně malé kosmické sondy nemohly po dlouhou dobu plnit složité vědecké úkoly daleko od nás. Avšak mezi nejnáročnější fáze předletových příprav patří to, o čem se příliš nehovoří: jak sondy postavit a vyslat do vesmíru opravdu čisté i z biologického hlediska.

V současnosti jsou všechna opatření vedoucí k omezení „vývozu“ jakýchkoliv forem života zahrnována do programu, kterému se říká „Planetární karanténa“. Řeší problém, který má dva aspekty: jednak biologickou ochranu přírodního prostředí jiných vesmírných těles až do té doby, než budeme schopni bezpečně rozlišit, zda se v něm cokoliv živého nachází, a jednak ochranu naší vlastní planety před vzorky z jiného prostředí, které by mohly jakkoliv narušit nebo pozměnit biosféru Země. Crichtonův vědecko-fantastický příběh „Kmen Andromeda“ by se mohl změnit v hrůznou realitu. 

Při tom všem se ovšem „za pochodu“ dramaticky mění naše znalosti o životaschopnosti života, který nás obklopuje, o prostředí jiných vesmírných těles i o propojení mezi nimi. Kdo by ještě před pár lety tušil, že existují nanobakterie, že mikroorganismy se mohou skrývat i uvnitř některých arktických hornin a jiné si libují v nitrech jaderných reaktorů nebo že v podobě meteoritů máme na Zemi už řadu vzorků z Měsíce, Marsu i některých velkých planetek. O vývoji názorů na podmínky panující na Marsu nebo na některých velkých měsících obřích planet, k němuž došlo díky kosmickému výzkumu, ani nemluvě...

Měsíc na Zemi

Ochrana vlastní planety začala být aktuální již v rámci programu Apollo, ovšem na Měsíci nikdo možnost života na jakékoliv úrovni nepředpokládal a z toho vycházela přijatá bezpečnostní opatření, ostatně při posledním letu již velmi mírná. První vracející se kosmonauti si museli po přistání nasadit ochranné masky, byli na uvítanou postříkáni silnou dezinfekcí, hermeticky izolováni od okolí a zavřeni na tři týdny do přísné karantény. Se vzorky, které v kontejnerech přivezli, se zacházelo jako s prudce infekčním materiálem...

Už první sondy, které přistávaly na povrchu sousedního Měsíce, byly v tehdejší terminologii sterilizovány – dnes bychom řekli spíše dekontaminovány. Jedním z otazníků měsíčního výzkumu, které se už asi vědcům nepodaří odstranit, je příběh sondy Surveyor 3 (někdy označován za seriózní výsledek, jindy za mýtus NASA).

Conrad s Beanem totiž s Apollem 12 v listopadu 1969 přistáli poblíž sondy Surveyor 3 a kosmonauti se k ní vydali, odmontovali některá zařízení a přivezli je zpět do pozemních laboratoří poté, co byla plných 31 měsíců vystavena působení krutého měsíčního prostředí.

  

Celkem bylo biologicky analyzováno 33 odebraných vzorků. Jedním z nich byla elektrická kabeláž televizní kamery, o níž se vědělo, že svazek drátů by mohl být uvnitř kontaminován – dokonce i obal mohl obsahovat několik tisíc spór Bacillus subtilis – ale žádný mikroorganismus nebyl nalezen. Dalším byla přímo televizní kamera – a v polyuretanové pěnové izolaci uvnitř kamery našli několik desítek mikroorganismů, později identifikovaných jako alfa-hemolitický Streptococcus mitis (máme ho mj. v ústech).

Spor o to, zda skutečně byl na Měsíci, nebo zda byl vzorek kontaminován dodatečně po návratu na Zemi, nebyl nikdy uzavřen, avšak mnohé, mj. i to, že shodné bakterie byly nalezeny ve stejných místech záložního exempláře, který zůstal na Zemi, nasvědčují, že nejde o moderní mýtus. Těžko to ovšem dodatečně ověřit, přivezené části Surveyoru jsou už desítky let muzejním exponátem... V každém případě to odborníky tehdy utvrdilo ve správném názoru, že kosmické prostředí, jakkoliv je pro život nehostinné, nestačí pro sterilizaci ani dekontaminaci samo o sobě.

Novou aktuálnost dostal problém v souvislosti s odběrem vzorků z povrchu Marsu a jeho dopravou do pozemských laboratoří. Musíme si být opravdu (ale opravdu) jisti, že do nich nepřivezeme žádné mikroorganismy – tady kompromisy nepřicházejí v úvahu.

Dobrovolná omezení

Pozoruhodné je, že omezení, které odborníkům (ovšem spíše technikům než vědcům) komplikuje život, si vymysleli v podstatě dobrovolně sami. Řídí se úmluvami, které přijali na půdě organizace COSPAR (Committee on Space Research) už v 60. letech minulého století a úměrně novým poznatkům je modifikují.

Z politického hlediska mají jedinou oporu: dokument OSN č. 6347 s názvem „Smlouva o zásadách činnosti států při výzkumu a využívání kosmického prostoru včetně Měsíce a jiných nebeských těles“ (zkráceně Outer Space Treaty). Byla schválena roku 1966 Valným shromážděním OSN a v platnost vstoupila 27. ledna 1967, kdy ji podepsali tři klíčoví signatáři, tj. Spojené státy, Velká Británie a Sovětský svaz (do současnosti více než 120 zemí vč. Číny).

Požaduje především, aby byl vesmír využíván ve prospěch celého lidstva bez ohledu na dílčí národní zájmy, a zakazuje umisťování jaderných zbraní či jiných zbraní hromadného ničení ve vesmíru. V článku 9 se ovšem praví, že státy se při planetárním výzkumu budou vyvarovávat „škodlivé kontaminace“ Země a ostatních planet.

 Kategorie vesmíru

  

V současnosti se opatření dělí do několika kategorií podle cílů a metod:

1. kategorie – lety do kosmického prostoru nebo k vesmírným objektům, které nejsou předmětem zájmu z hlediska chemických procesů nebo vzniku života (např. Měsíc, planetky), bez možnosti návratu na Zemi. Na sondy nejsou kladeny žádné nároky.
2. kategorie – lety k vesmírným tělesům, které sice jsou zajímavé z hlediska chemického vývoje nebo vzniku života, ale u nichž je pouze malé teoretické nebezpečí kontaminace s ohledem na budoucí výzkum. Z planet do této kategorie zatím patří např.  Venuše (ačkoliv odborníci varují zejména před kontaminací atmosféry), právě tak jako komety, planetky a trpasličí planety, jako je Pluto.
3. kategorie – průlet kolem cílových těles, která jsou zajímavá z hlediska potenciálního vzniku života (např. Mars nebo Europa), u něhož nedochází k žádnému přímému kontaktu, avšak je nutno vzít v úvahu nenulovou pravděpodobnost selhání a v tom případě ohrožení budoucího biologického výzkumu. NASA požaduje důkladnou dokumentaci projektu, montáž v ultračistém prostředí a maximálně možné omezení biologické zátěže pro případ selhání.
4. kategorie – přímý kontakt s cílovým tělesem, tedy přistání na vesmírném tělese velmi zajímavém z hlediska chemického vývoje nebo potenciálního vzniku života, případně jiného, kde by kontaminace ohrozila výzkum v budoucnosti (Mars, Europa). NASA v tomto případě vyžaduje velmi podrobnou dokumentaci a průběžné analýzy všech procesů včetně omezení rizika kontaminace v předletové přípravě, výrobě a montáži. Ty musejí probíhat v mimořádně čistém prostředí (třída 100 000 nebo lepší), s průběžnou částečnou dekontaminací a sterilizací, sondy by měly být opatřeny biologickým štítem a v některých případech i celkově sterilizovány.

   Subkategorie IV- a, -b, -c upřesňují požadavky pro přistávání na Marsu, vozidla (s přístroji pro detekci života nebo bez nich) a pro dosažení vytipovaných oblastí zvlášť velkého biologického zájmu.

5. kategorie se týká všech sond nebo i jen jejich částí, které se mají vrátit na Zemi v souvislosti se zamezením případné kontaminace naší Země mimozemskými vzorky. Subkategorie „povolený návrat“ se týká jen příletů od objektů nevykazujících potenciální znaky života (např. se vzorky meziplanetárního prostředí). Návrat od ostatních vesmírných těles je možný pouze tehdy, pokud veškerý mimozemský materiál bude spolehlivě sterilizován (to se týká zejm. vzorků z Marsu).

Čistotou ke sterilitě?

Závěrečná montáž se v posledních desetiletích musí provádět prakticky u všech sond v extrémně čistém prostředí. To je izolovaný prostor, v němž je zachováván mimořádně čistý vzduch, prakticky bez prachu a biologického znečištění – čím vyšší kategorie sondy, tím přísnější jsou podmínky a jejich kontrola. Je vybaven vysoce účinnými izolačními filtry HEPA (High Efficiency Particulate Air), které odchytávají submikronové částice a zajišťují laminární proudění, a prostředí je maximálně zbaveno vlhkosti podporující mikrobiologickou kontaminaci a korozi. Do takové haly v kalifornské JPL se samozřejmě návštěvníci nevpouštějí, ale mohou vše sledovat přes sklo.

Pro sondy IV. kategorie se vyžaduje montáž v prostředí, kde je nejvýše 100 000 částic větších než 0,5 mikrometru a 700 částic větších než 5 mikrometrů na kubickou stopu, tj. na 28 litrů prostoru. Poznamenejme, že lidský vlas má tloušťku asi 100 mikrometrů (dříve se říkalo mikronů), pylové zrnko průměr 30 mikrometrů a cigaretový kouř 1 mikrometr... Před třemi desetiletími to byl vrchol možností, dnes je to standardní požadavek a NASA má běžně k dispozici i desetkrát čistší montážní prostory.

 

Prozatím nejmodernější laboratoř NASA tohoto typu určená pro analýzu materiálu přivezeného z vesmíru je postavena v budově 31-N Johnsonova kosmického střediska v Houstonu. Je v ní udržována čistota ještě tisíckrát vyšší, tedy maximálně 10 částic větších než 0,5 mikrometru na 28 litrů prostoru. V mezinárodní klasifikaci ISO 14644-1 (letos již v USA závazné) má certifikát ISO-4, což předpokládá, že krychlový metr obsahuje nejvýše 10 000 částic větších než 0,1 mikrometru, 1000 částic nad 0,3 mikrometry, 350 částic o velikosti nad 0,5 mikrometru a necelou stovku částic nad 1 mikrometr. 

Do extrémně čistého montážního prostředí je povolen jen omezený přístup osob pouze ve speciálních oblecích se zakrytým obličejem (lépe v maskách se vzduchovými filtry) a s latexovými rukavicemi.

Pracovníci nesmí být kuřáky (ani občasnými), musí se denně sprchovat a mýt si vlasy, nenosit make-up ani žádnou kosmetiku a před nástupem na směnu musí vypít sklenici vychlazené vody (což prý redukuje počet organických částic v dechu).

Povrch všech součástek je očištěn a uskladněn ve vakuovaných obalech. Přímý kontakt kosmické sondy s člověkem je zakázán, právě tak jako s jakýmkoliv biologickým materiálem. V průběhu montáže a po ní jsou povrch i dostupné nitro sondy periodicky kontrolovány z hlediska biologické zátěže a průběžně je všechno stíráno sterilními vatovými tampóny, případně dezinfikováno. Získané  vzorky jsou kultivovány a výsledky vyhodnocovány.

O 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.