Проблема стерилизации космических аппаратов

Издавна считалось, что вакуумная среда губительна для всего живого. Так, например, было замечено, что уже при атмосферном давлении, равном половине нормального значения, человек чувствует себя плохо и ощущает определенный дискомфорт. Тем не менее относительно недавно ряд ученых предполагал, что вакуумная среда (в том числе в космосе) не столь уж губительна для некоторых микроорганизмов.

Вопрос о возможности выживания микроорганизмов в космическом вакууме давно и неоднократно поднимался, но особую остроту данная проблема приобрела с наступлением космической эры и с началом освоения человеком Луны и планет Солнечной системы. Ведь в случае выживания микроорганизмов в космосе любые нестерильные космические аппараты, входящие в атмосферу других планет, создают возможность ее загрязнения земными микроорганизмами. Существует и опасность загрязнения атмосферы Земли внеземными микроорганизмами при возвращении космических аппаратов с образцами грунта соседних небесных тел на нашу планету.

Чтобы избежать опасности любого загрязнения, были выработаны и приняты в России и США взаимно согласованные нормы для стерилизации космических аппаратов, предназначенных для полетов к другим телам (а тем более для возвращающихся обратно), и разработаны специальные методики ее осуществления. Согласно этим принятым нормам стерилизации космического аппарата вероятность нахождения микроорганизмов на его борту не должна превышать 10^-4.

Одной из надежных процедур, обеспечивающих высокую степень стерилизации, является нагревание (при нормальном атмосферном давлении) спускаемых аппаратов автоматических межпланетных станций. Например, согласно расчетам стерилизация спускаемых аппаратов не превышала принятых норм, если она заключалась в том, что в течение 36 ч части космического аппарата нагревались до температуры 135°С (около 410 К).

Однако процедуры стерилизации должны полностью совмещаться с инженерными и научными требованиями к космическим аппаратам и его элементам. Необходимость в тепловой стерилизации вносила необходимые коррективы в конструирование элементов космического аппарата, чтобы обеспечить надежность их работы (например, определенных типов транзисторов) после соответствующей процедуры нагрева. Все это порождало серьезные инженерные проблемы, уменьшало надежность элементов, снижало ресурс их работы и т. д.

К этим проблемам стерилизации космических аппаратов добавлялась еще одна, которая имела принципиальный характер. Отсутствовала 100%-ная уверенность в эффективности подобного рода стерилизации, поскольку не было ясного поднимания физических механизмов, приводящих к повреждению и гибели микроорганизмов. В частности, специалистов волновали вопросы выживания (или гибели) микроорганизмов не только при высоких температурах и давлениях, но и в условиях космического вакуума.

Последнее стимулировало интенсивное проведение экспериментов по изучению микроорганизмов в условиях высокого вакуума. В ходе этих экспериментов изучалась выживаемость ряда наиболее распространенных видов микроорганизмов при рабочих давлениях 10^-4 — 10^-7 Па в испытательных вакуумных установках, способных безостановочно работать в течение нескольких месяцев. Причем воздействие температур не рассматривалось, и все эксперименты, по-видимому, осуществлялись при температурах не выше комнатной.

Результаты свидетельствовали о том, что лишь небольшое количество исследуемых микроорганизмов могло противостоять более или менее продолжительному воздействию вакуума. Некоторые микроорганизмы выживали и после 10-суточного воздействия вакуума с давлением порядка 10^-5 Па. Однако все микроорганизмы все же погибали после 30-суточного пребывания в вакууме с давлениями 1,5-Ю^-6 — 8-10^-7 Па.

Позже выяснилось, что наряду с давлением температура также является важнейшим параметром, определяющим жизнедеятельность микроорганизмов в высоком вакууме. Поэтому более эффективными были бы тепловакуумные исследования микроорганизмов, однако и полученные результаты позволяли сделать заключение о том, что любой микроорганизм погибает в космическом вакууме вследствие испарения внутриклеточного вещества.

Таким образом, проведенные эксперименты поставили под сомнение необходимость в стерилизации тех частей космического аппарата, которые должны были продолжительное время пребывать в условиях космического вакуума. Кроме того, полученные результаты заставили усомниться в распространенной несколько лет назад точке зрения, согласно которой источником зарождения жизни на Земле могли быть споры микроорганизмов, занесенные на нашу планету с других миров.

В дальнейшем исследования поведения микроорганизмов в условиях вакуума не прекратились, а даже значительно расширились. Но прежде чем перейти к описанию их результатов, уместно будет кратко рассмотреть, что представляет собой живая материя на примере клетки — простейшей ячейки живого вещества. Кстати, по мнению ряда специалистов, двусмысленные и противоречивые результаты поиска микроорганизмов на Марсе с помощью космических аппаратов «Викинг» были предопределены тем, что при подготовке этого эксперимента американские ученые не обращали особого внимания на специфические особенности живой материи, отличающие ее от неживой природы.