Proč muselo mít měsíční vozítko blatníky a Apollu se zasekl vysavač

Cesta lidstva ke hvězdám je nečekaně prašná. Na Měsíci, Marsu a řadě dalších možných cílů lidských letů se budeme muset potýkat s nenápadným protivníkem v podobě prachu, který dokáže ničit zařízení a zřejmě i zdraví.

Když poslední lidští návštěvníci Měsíce vzpomínali na své zážitky, nemohli pominout jednu věc: prach. "Musíte s tím žít, ale s prachem bojujete neustále v modulu i mimo něj," řekl během hodnocení svého letu k Měsíci v roce 1972 astronaut Eugene Cernan.

Pro kosmonauty tak představuje větší problém než pro nás pozemšťany. Až by se mohlo zdát, že prach by mohl výrazně zkomplikovat delší pobyt mimo naší planetu.

Drží a drží. Utřít se nedá

Stačí se podívat na Měsíc. Prakticky celý povrch naší oběžnice je pokrytý několikametrovou vrstvou jemného drceného materiálu.

Z chemického hlediska není na měsíčním prachu mnoho zvláštního. Jde o tzv. regolit, tedy jemný prach vytvořený z hornin na povrchu a materiálu z dopadajících malých těles. Složení se mění podle lokality (a tedy hornin v podkladu). Na měsíčních vysočinách je regolit bohatší na hliník a křemík, stejně jako skály v těchto oblastech. Prach pokrývající měsíční moře je tvořen z velké části čedičem, je bohatý i na železo a hořčík a naopak chudý na křemík.

Nepříjemné jsou především jeho fyzikální vlastnosti. Na Zemi drobné částečky obrušuje vítr a voda, ale na Měsíci tyto vlivy chybí. Částečky jsou tedy sice drobné, ale velmi ostré a abrazivní (fungují jako brusný papír). Když se tyto částečky dostanou do zařízení, zejména pohyblivých, mohou způsobit až fatální komplikace. S velkou pravděpodobností zařízení poškodí a nakonec zcela zničí.

Navíc neplatí, že by se měsíční prach dal jednoduše utřít hadrem jako ten pozemský. Lepí se na všechny povrchy a například astronauti misí Apollo se ho při příchodu do modulu zbavovali jen těžko. Měli k tomu speciální vysavač, který dokonce po letu Apolla 12 prošel vylepšením, protože nebyl příliš účinný. Ale ani to kdovíjak nepomohlo. Při misi Apolla 16 se vysavač prachem ucpal a podařilo se ho opravit až na Zemi.

Zaprášený skafandr Harrisona Schmitta během letu Apollo 17

Přilnavost prachu je nejspíše dána především tvarem zrnek (NASA to neví zcela jistě) a možná také jeho elektrostatickým nábojem. Ten by v prachu mohl vznikat působením různých vlivů, třeba slunečního větru, stejně jako v přítomnosti zařízení a skafandrů kosmonautů.

Blatníky jsou nutné

Podle některých informací může díky vlastnímu elektrickému náboji prach na Měsíci dokonce i "levitovat", takže se snadno usazuje i na výše položených plochách, třeba na průzorech přileb.

Ale jaké jsou přesně vlastnosti "levitujícího prachu" není úplně jasné, a hlavním problémem zřejmě vždy bude prach z povrchu. Na vybavení se mohl dostat kdykoliv. Astronauti z programu Apollo měli například skafandry, ve kterých se nemohli ohnout. Když spadli nebo zakopli, museli se zpět do stoje dostat "klikem", třeba i na jedné ruce. V měsíční gravitaci to fungovalo dobře, jen po takovém cviku byl skafandr vždy celý černý. A jak již bylo zmíněno, zbavit se prachu bylo těžké.

Jak smrdí měsíční prach?

Voní po střelném prachu, řekl po návratu z měsíčního povrchu kabiny Apollo 17 Eugene Cernan, když si přičichl k prachu na svém oblečení. Kolega Harrison Schmitt s ním souhlasil. Oba měli zkušenost se střelnými zbraněmi, takže by měli vědět, o čem mluví. 

Ale když kontejnery s měsíčním prachem otevřeli v laboratořích NASA, nic cítit nebylo. Trpěli astronauti halucinacemi?

I když měsíční prach nemá v sobě prakticky nic z látek obsažených ve výbušninách, nešlo nezbytně o šálení smyslů. Je možné, že měsíční prach byl plný látek, které zareagovaly na vzdušnou vlhkost v modulu, spekuluje například astronaut Don Pettit.

Je to podle něj podobné jako na pozemských pouštích. Obvykle jsou pro náš nos "mrtvé". Ve chvíli, kdy zaprší, je náhle všechno jinak. Voda ve vzduchu k vašemu nosu donese i pachy dlouho skryté v půdě. A atmosféra modulu je proti té měsíční skutečně oázou.

Další možností je, že prach mohl "hořet". Řada látek v regolitu totiž může reagovat se vzdušným kyslíkem. Hoření by bylo velmi pomalé, takže by nevznikl dým ani plamen, ale vůně střelného prachu by se objevit mohla.

Zajímavé však je, že vzorky dovezené na Zemi nijak cítit nebyly. Čím to bylo, není jasné. Někteří vědci se domnívají, že kontejnery pro regolit nebyly zdaleka tak nepropustné, jak se NASA domnívala. Mohlo dojít ke "kontaminaci" kyslíkem a vzdušnou vlhkostí během návratu modulu k Zemi. Pokud je to pravda, víme o Měsíci ještě o něco méně, než si myslíme.

Navíc je regolit velmi jemný a zvířit ho není těžké. Dokonce v jisté době panovaly vážné obavy, že by se měsíční modul mohl propadnout do prachu celý. Když automatizované mise toto podezření vyvrátily a začaly se připravovat lety k Měsíci, bylo v podstatě jasné, že vozidla pro posádku by měla být vybavena protiprachovou ochranou, tedy blatníky.

Týkalo se to jen přímo řízených strojů. Dálkově řízené stroje, například Lunochody, blatníky neměly, protože jezdily podstatně pomaleji. Kvůli zpoždění ve spojení mezi operátorem na Zemi a vozítkem musely popojíždět velmi opatrně.

Ale pro pilotované mise byl k dispozici podstatně rychlejší stroj, který musel umožnit astronautům dostat se i mimo okolí přistávacího modulu. Měsíční rovery byly nakonec navrženy na rychlost zhruba 13 km/h (měly výkon 0,2 kW). Ale s odvážným řidičem dokázaly jet i rychleji: Eugen Cernan během letu Apollo 17 z vozidla dostal rychlost až 18 km/h.

V takové rychlosti měsíční prach z kol odlétával ve velkém, jak se ukázalo shodou nešťastných okolností při letu Apolla 17, tedy poslední pilotované mise k Měsíci v prosinci 1972. Během jízdy se za pravý zadní blatník zachytilo kladivo, které měl na pasu zavěšené právě Cernan, a částečně ho utrhlo.

Lepící páska v akci

Astronauti situaci vyřešili podobně, jako by to udělal každý z nás: lepící páskou. Ovšem páska na zaprášeném blatníku velmi špatně držela a namáhání během další jízdy nevydržela. Když pak astronauti po jízdě dorazili do měsíčního modulu, byli prachem doslova pokrytí. A nejen oni, ale i přístrojová deska a další zařízení. Cernan se tehdy nechal slyšet, že už má toho "svinstva" plné zuby.

Náhradní blatník vyrobený z několika map vytištěných na plastových tabulkách.

Bez blatníku to evidentně nešlo, a tak ho před další jízdou astronauti opravili důkladněji. Nakonec pomohly čtyři mapy na tuhé umělé hmotě slepené dohromady, které vytvořily destičku o rozměrech přibližně 40 × 50 centimetrů. Tu astronauti nakonec připevnili k Roveru pomocí svorek pro uchycení svítilen, které jinak používali při práci v modulu. Úpravu nejprve vyzkoušeli ve středisku na Zemi, pak nechali "bastlit" astronauty na Měsíci. Mapy jsou dnes uložené v National Air and Space Museum.

Měsíční mise přitom problém prachu v podstatě nevyřešily, zřejmě i proto, že většinu zkoušek prováděli technici na Zemi. Na Měsíci na zkoušky podobného typu nebyl čas. Inženýr Greg Gentry, který pracuje na systému podpory života na stanici ISS, pro časopis New Scientist řekl, že by se to mohlo změnit díky působení robotických vozítek na tělesech naší sluneční soustavy. Ta jsou stále rafinovanější, takže v jejich rámci by se mohly nyní zkoušet i postupy, které by se v 60. a 70. letech rozhodně neobešly bez přítomnosti člověka.

Na některé nezodpovězené otázky by měla odpovědět sonda LADEE, která má startovat letos v září. Název je zkratkou výrazu z Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (průzkum lunární atmosféry a prachového prostředí). Jeden z jejích vědeckých cílů spočívá v přesném určení složení a množství prachu na měsíčním povrchu, tedy kolik prachu se vlastně na vybavení může usadit, a jak jeho zrníčka vypadají.

Pak se uvidí, co s prachem dále. Protože mechanické odstranění je velmi obtížné, uvažuje se například o magnetickém "vysavači", který by přitáhl zrníčka železa v regolitu.

O dům dále

Při letu jde sice především o Měsíc, ale také o Mars, hlavní cíl všech snílků ve vesmírných programech, i když samotná cesta k němu je zřejmě ještě hodně daleko.

Prach na Marsu vypadá jinak než prach měsíční. Vítr ho obrousil do podoby malých kuliček, zatímco ten měsíční není erozí dotčený a je velmi ostrý. Ale s největší pravděpodobností bude ten marsovský nabitý statickou elektřinou a bude velmi přilnavý. Na druhou stranu, vítr na Marsu dokázal panely vozítek Spirit a Opportunity udržovat čisté podstatně déle, než původně odborníci očekávali.

Přesto se předpokládá, že stejně jako v případě měsíčních misí se bude prach lepit na skafandry a další zařízení a půjde jen velmi obtížně oddělit. S "polním" vybavením, které kosmonauti mohou vzít s sebou, možná dokonce vůbec odstranit nepůjde. S posádkou se tak jemný prach dostane i do ubikací, kde se snadno zvíří například při výměně vzduchu a lidé ho budou dýchat. A to dělá starosti hlavně lékařům.

Možný zdroj dalších problémů? Patrně sádrovcová žíla na okraji kráteru Endeavour na Marsu. Silná je zhruba dva a půl centimetru, na délku měří asi 45 cm.

Autoportrét dálkově ovládaného vozítka Spirit pokrytého marťanským prachem. Snímek pochází z října 2007.

Problém by mohl představovat například sádrovec, který na Marsu nedávno objevila sonda Curiosity (tedy nejspíše, zatím jde o nejpravděpodobnější hypotézu). Tento minerál, chemicky CaSO₄· 2H₂O, tedy hydratovaný síran vápenatý, není sám o sobě nijak jedovatý či škodlivý, ale ve formě jemného prachu se může po vdechnutí usazovat v plicích podobně jako u tzv. silikózy.

To je výraz pro "pozemskou" nemoc hlavně pracovníků z kamenolomů a lomů, kterým se v plicích usazuje oxid křemičitý. Tělo dokáže většinu drobných částeček odstranit díky vykašlávání a produkci hlenu, ale v případě velmi malých částeček oxidu křemičitého (pod 10 mikrometrů) tato ochrana selhává.

Příležitost

Všechno špatné může být pro něco dobré, myslí si i o měsíčním prachu Larry Taylor z univerzity v Tennessee. Objevil jednu zajímavou vlastnost měsíčního prachu: tavitelnost.

"Jsem jeden z těch divných lidí, kteří dávají do mikrovlnky všechno, co jim přijde pod ruku," řekl Taylor před lety serveru Space.com. A kupodivu to udělal i s měsíčním prachem, což je značně nedostatkový výzkumný materiál.

Prach zareagoval nečekaně prudce. Velmi rychle a při malém příkonu energie se spekl do pevného bloku. Důvodem je přítomnost mikroskopických částeček železa, které dobře přijímají energii mikrovln a ohřívají se. Hmota okolo nich se rychle taví a sypká hmota se spojí.

Podle Taylora tak měsíční prach může být nejen zdrojem potíží, ale například také stavebního materiálu. Představuje si například pohyblivé "spékací" (správně sintrovací) stroje, které se napájené slunečním světlem pohybují po povrchu Měsíce a vytvářejí třeba pevné silnice. Nebo při vyšším výkonu bloky stavebního materiálu, které se pak vyzvednou z okolního prachu.

Částečky se dostanou až do plicních sklípků, takže vykašlávání ani obalení hlenem už nepomáhají. A drobné křemičité úlomky jsou tak ostré, že dokážou zničit i bílé krvinky, které se je snaží "pozřít" a odstranit. Nakonec dojde k zánětu plic, v krajních případech je pak jedinou záchranou transplantace plic. Je pravděpodobné, že rozvoj takové formy nemoci by trval dlouho, ale ani tak nelze toto riziko podcenit.

Pohybujeme se však v neprozkoumané oblasti. Z dosavadní historie kosmonautiky nám případ "vesmírné silikózy" známý není. Harrison Schmitt z mise Apollo 17 v souvislosti se svými lehkými zdravotními problémy během letu uvažoval, zda nemá "sennou rýmu z měsíčního prachu", ale jeho problémy rychle přešly, a šlo patrně jen o nějakou banalitu. Trvalé poškození plic však není pro potenciální účastníky letů k jiným planetám a tělesům naší soustavy nijak lákavá vyhlídka.

Navíc se zdá čím dál jasnější, že v půdě Marsu jsou v poměrně velkém množství zastoupeny sloučeniny chloru, tzv. perchloráty. O jejich přítomnosti se spekulovalo, pak ji naznačily výsledky mise sondy Phoenix v roce 2008 i nedávné výsledky Curiosity.

Tyto látky nejen komplikují detekci tzv. organických sloučenin (ty na Marsu musí být, pokud na něm někdy měl být život), ale také jsou nebezpečné pro člověka. Škodí například štítné žláze. Je také možné, že v půdě Marsu jsou stopy kovových jevů, včetně arzénu či některých sloučenin chromu.

Na druhou stranu, i když je prach nepříjemný protivník, lety na jiné světy nejspíše nezastaví. Prach je jen problém technický. A pokud příští posádka dostane místo neúčinného vysavače třeba uvažovaný magnetický kartáč (plus samozřejmě dobrou lepící pásku), bude prach jen nepříjemnost a nic víc. To neochota k dalšímu financování dokáže lidské cesty do vesmíru zarazit mnohem spolehlivěji.