Planetární ochrana brání mikrobům vydat se stopem do vesmíru

Kontrola přistávacího modulu mise ExoMars 2016
29 leden 2014

Zatímco kosmonauti mohou snít o tom, že jednoho dne objeví neznámou formu života, kancelář planetární ochrany v ESA má v popisu práce podobné objevy pravidelně.

Jde o součást programu ESA, který má zabránit mikrobiálním formám pozemského života vydat se na misi k planetám nebo měsícům v naší sluneční soustavě. Určené týmy v jeho rámci pravidelně prohledávají čisté místnosti a zařízení na kosmodromu, aby zde objevily jakýkoliv náznak přítomnosti mikroskopických obyvatel.

Místa sloužící k přípravě některých typů kosmického hardware patří k nejčistším místnostem na Zemi. Normy na jejich čistotu jsou vyšší, než v běžných nemocničních operačních sálech. A to zásluhou filtrovaného vzduchu, aplikaci sofistikovaných čistících procedur a pracovníků, kteří – poté, co vstoupí skrze kyslíkové sprchy do kontrolovaného prostředí – zůstávají plně zahaleni v overalech.

„Máme dlouhodobý program v ESA – stejně jako je třeba v NASA – pravidelného monitorování a vyhodnocování biologického znečištění v čistých místnostech a na některých typech sond,“ vysvětluje Gerhard Kminek, který se ochraně před biologickým znečištěním v ESA věnuje.

„Jmenovitě jde o zařízení předstartovní přípravy v Kourou ve Francouzské Guayaně a na Bajkonuru v Kazachstánu stejně jako čisté místnosti v technickém středisku ESA ESTEC v Nizozemí a u našich průmyslových partnerů.“

„Jde o práci, kterou na základě kontraktu ESA vykonává skupina ARG (Astrobiology Research Group) z německého DLR. Skupině přitom vypomáhá Institut pro mikrobiologii v Řezně a Německá sbírka mikroorganismů a buněčných kultur (DSMZ).“

„Cílem je kvantifikovat rozsah biologického znečištění, určit jeho pestrost – zjistit, o jaké znečištění přesně jde na základě analýzy genetické sekvence, a zajistit dlouhodobé zmrazení vybraných vzorků.“

Kontrola odebraných vzorků z modulu mise ExoMars 2016

Vzorky jsou získávané různými způsoby: odběrem vzorků atmosféry, stěrem pomocí kusů látky se superčistou vodou na plochách kosmického hardware stejně jako na různých plochách v čistých místnostech. Na získání vzorků z malých ploch jako je třeba nesený náklad nebo elektronika, se zase používají tampony.

 

Aby bylo možné stanovit úroveň biologického znečištění, odebrané vzorky jsou následně přenesené do kultivačních misek a zde inkubovány od sedmi hodin do tří dnů v závislosti na použité metodě. Tím se ukáže, kolik mikroživota byla v odběrech skryto. Následně jsou využité statistické metody pro přenesení zjištěných hodnot na celou čistou místnost nebo na letový hardware. Jednoduché srovnání se standardy pak umožní určit, zdali je úroveň čistoty dostatečná nebo zdali je třeba aplikovat dodatečné ochranné metody.

 

Přitom jakákoliv životní forma schopná přežít v nepřátelském prostředí, kde navíc neexistují žádné živiny, je pro vědu sama o sobě zajímavá. A tak na získaných formách probíhají i následné výzkumy.

 

„Máme přitom stovky ‘izolátů’, ale bohužel je všechny nemůžeme studovat na dostatečně detailní úrovni,“ dodává Gerhard. „Takže se zaměřujeme jen na kritické, přičemž zbytek předáváme výzkumné komunitě. Máme webové stránky a každý vědec, který má zájem, se na ně může podívat a objednat si tyto vzorky k detailnímu rozboru.“

Baktérie nalezené v čistých místnostech ESA a NASA

Tyto aktivity přitom loni v listopadu na sebe opět upoutaly pozornost poté, co byl zveřejněný odborný článek v časopise International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology.

Týkal se nového druhu bakterií objevených v Kennedyho kosmickém středisku NASA v budově PHSF (Payload Hazardous Servicing Facility) během předstartovní přípravy sondy Phoenix pro výsadek na Marsu v roce 2007. Později je mikrobiologové nalezli také v budově FAB (Final Assembly Building) v Kourou během předstartovní kampaně observatoří Herschel a Planck v roce 2009.

Bakterie pojmenovanáTersicoccus phoenicisse ukázala jako velmi odlišná od známých druhů. Nelišila se totiž jen několika znaky, ale také zcela novými rodovými znaky – další taxonomickou kategorií – a především tím, že dosud byla objevena pouze v superčistých místnostech.

Pro ESA je z operačního hlediska přitom důležité především to, kolik biologického znečištění v zařízeních je, než z jakých mikrobů se skládá.

Legal framework for planetary protection

ExoMars 2016 and 2018

Microbial surveys are only one element of ESA’s multi-faceted Planetary Protection effort, which increased a decade ago as the Agency turned its attention of interplanetary missions to possible abodes of alien life.

“In principle we deal with all missions leaving Earth orbit – or coming back,” says Gerhard.

Ensuring Planetary Protection is based on the legal obligations of our Member States as signatory of the UN Outer Space Treaty. Based on the ESA Planetary Protection Policy, ESA acts on behalf of its Member States ensuring their treaty obligations are met for all missions the Agency is flying or contributing to.

Limits are set for both biological contamination and the impact probability on a planet or moon for all planetary landers, and orbiters and spacecraft performing gravity-assist manoeuvres.

“Active bioburden monitoring and reduction are typically required to meet the biological contamination limits,” added Gerhard. “This effort includes detailed assessments of the flight hardware manufacturing processes.

Juice

“In some cases we also perform an analysis of the spacecraft’s response to atmospheric heating during any end-of-life entry event, to see if this process can be used to reduce its biological contamination.”

Evaluating impact probabilities – in plain words, the likelihood of crashing – involves evaluating the mission’s operational reliability, flight hardware reliability and effects of the natural space environment such as micrometeoroids or atmospheric variations.

If the resulting probability of impact ends up being unacceptably high, then various mission modifications to the flight path, operating rules, back-up hardware or additional shielding may need to be implemented.

The Planetary Protection Officer ensures requirements are followed by taking part in reviews, performing audits and inspections and by verification assays on the spacecraft during assembly and launch operations. 

Bioburden checks on ExoMars 2016's parachute

Such microbial hunts are the most visible element of planetary protection. For instance, NASA’s Mars Science Laboratory team had to perform on the order of 4500 samplings during the flight system assembly, testing and launch operations.

The expected number of samplings for ESA’s ExoMars missions are of the same order but due to a set of new procedures validated in a joint ESA–NASA effort over recent years, the downstream processing effort of these assays and the time until the results are available are substantially reduced.

However, controlling the biological contamination of spacecraft exploring the Solar System is only one element covered under the umbrella of planetary protection. Another element is to prevent inadvertent contamination of the terrestrial biosphere by spacecraft returning with samples from other planets or moons. 

For an envisaged Mars Sample Return mission, ESA has already invested a substantial effort developing a suitable flight and ground containment system that would keep alien samples isolated as well as pristine for subsequent scientific analysis, including an assessment of their hazardous potential.

Every two years, ESA together with other space agencies and the scientific community meet at the international Committee on Space Research, COSPAR, to review existing regulations based on the latest scientific findings about the limits of life and the environmental conditions of planets and moons in our Solar System.

Gerhard Kminek

“Planetary Protection is not about green goals for space, which is one of the popular misconceptions,” Gerhard concludes.

“These regulations have been put in place by scientists about half a century ago, to prevent any trace of alien life – or its absence – being accidentally and irreversibly contaminated, jeopardising the chance of meaningful scientific work related to the origin and distribution of life, its precursors or remnants. In addition, the regulations ensure that Earth is protected from potential hazards posed by extraterrestrial matter carried by a spacecraft returning from an interplanetary mission.

“In that sense, Planetary Protection measures protect our investment in space science and exploration.

“ESAs commitment to Planetary Protection is also reflected in the Agenda 2015 knowledge theme of understanding the origin of life, and part of implementing clean, responsible and sustainable space activities.”

Copyright 2000 - 2014 © European Space Agency. All rights reserved.