Основные требования, предъявляемые планетарным карантином (ПК) к космическим полетам, заключается в максимальном снижении вероятности загрязнения планеты и научных приборов, находящихся на борту космического корабля. Эти требования надо учитывать при изготовлении космических кораблей и аппаратуры, а также при выборе траектории полета. Так как космический корабль и его аппаратура должны быть абсолютно надежны, чтобы обеспечить успешное осуществление полетов, большое внимание следует уделять выбору карантинных средств, применение которых не отразится на успехе полета.
Изучение влияния факторов космического полета на выживаемость.
В экспериментах, имитирующих условия космоса, показано, что космическая среда менее губительна для микроорганизмов, чем для других, более сложных форм жизни.
Учеными России и США проводятся эксперименты с различными видами микроорганизмов в условиях, имитирующих физические параметры Марса, Венеры и Луны. При параметрах среды, близких к марсианским (перепад температуры от -60 до +26оС, атмосферное давление 7 мм. рт. ст., газовый состав 80 % углекислого газа и 20 % азота) некоторые пустынные микроорганизмы сохраняли способность к росту при относительной влажности, равной 3.8 %. Очевидно, для этих земных форм жизни достаточно осень незначительное количество влаги.
В одних экспериментах по имитации условий космического пространства (проводимых в СССР) обнаружено, что некоторые микроорганизмы и энзимы устойчивы к действию вакуума порядка 10-10 мм. рт. ст. Другие исследования выявили способность микроорганизмов сохраняться в условиях вакуума.
Ионизирующая космическая радиация, за исключением излучений солнечных вспышек и радиационных поясов земли, не может рассматриваться как инактивирующий фактор; неясно, может ли эта радиация уничтожить живые формы, расположенные на поверхности космического аппарата. Известно, например, что обитающие в воде атомных реакторов организмы адаптируются к радиации в 1 млн. р.
Наиболее губительным фактором космического пространства являются ультрафиолетовые лучи. В таблице указаны дозы, необходимые для 80 - 100 % - й инактивации незащищенных микроорганизмов (приведенные данные взяты из экспериментов, проводившихся в СНГ, России и США). Однако, благодаря высокой степени отражения, поток ультрафиолетовой радиации легко экранируется пылью или другим непрозрачным материалом (например, верхний слой микроорганизмов может защитить нижележащие клетки.
Не так давно проведен анализ выживаемости микроорганизмов при входе в атмосферу Юпитера. Предполагается сильный нагрев поверхности капсулы и вероятное ее сгорание, вызванное высокой плотностью атмосферы и траекторией полета аппарата, которая обуславливает высокие скорости при входе в атмосферу. Закончены исследования, дающие точную оценку вероятности выживания на поверхности планеты микроорганизмов, сохранившимся на посадочной капсуле или внутри ее.
Оценка уровня микробной обсемененности.
Определение числа микроорганизмов может быть осуществлено либо путем прямых исследований (например, при поверхности загрязнении), либо путем расчета в случаях невозможности непосредственного взятия пробы без разрушения космического аппарата.
Точность подсчета числа микроорганизмов на поверхности космического аппарата зависит оп ряда факторов. Поверхность космического аппарата составлена их самых разнообразных материалов, некоторые из которых являются ингибиторами роста микроорганизмов. Обследование металлической поверхности сводится к взятию с нее микробиологической пробы с последующим посевом на питательную среду.
Микроорганизмы, расположенные между двумя поверхностями или инкапсулированные внутри какого - либо материала, обычно недоступны для прямого исследования; уровень загрязнения в этих случаях может быть определен только косвенным путем. Исследование проводится во время сборки аппарата, когда соприкасающиеся в будущем поверхности открыты и доступны для исследования.
Анализ источников загрязнения.
Анализ возможных источников загрязнения применительно к конкретным полетам проводится для обоснования необходимости контроля за предполагаемым загрязнением планеты и выбора надлежащих средств.
Для определения вероятности загрязнения планеты необходимо:
Идентифицировать все возможные источники загрязнения, связанные с данным полетом.
Определить уровень обсемененности каждого такого источника.
Определить уровень обсемененности космического аппарата во время запуска.
Определить уровень обсемененности частей аппаратуры, которые достигнут поверхности планеты.
Выяснить, какая часть микроорганизмов выживет при действий факторов космического пространства во время полета и достигнет планеты.
Методы контроля за обсемененностью.
Выполнение задач карантинных мероприятий возможно при осуществлении мер, принятых для контроля за уровнем загрязнения космического аппарата и при обеспечении его надежности, позволяющей свести к минимуму вероятность случайного загрязнения. На основе анализа источников загрязнения разрабатываются методы контроля за загрязнением, включающие определение уровня микробиологической обсемененности в течение основных этапов сборки. Эти данные могут быть положены в основу мероприятий по контролю для каждого этапа сборки.
Предупреждение загрязнения включает изучение потенциальных источников загрязнения космических аппаратов и использование барьеров для их защиты.
Цель биологического барьера - сохранить количество микроорганизмов внутри замкнутого объема на возможно более низком уровне. Это может быть достигнуто использованием воздушного потока в биологически чистом помещении или с помощью жесткого микробиологического фильтра. Использование чистых помещений уменьшает или исключает микробную загрязненность открытых поверхностей и оборудование, что увеличивает вероятность успешного проведения обеззараживания.
Профилактика загрязнения персоналом.
Основным источником микроорганизмов при сборке космического аппарата является персонал, связанный с процессом производства. Известно, что поверхность кожи человека - благодатная почва для выживания и роста микроорганизмов.
В настоящее время неизвестен ни один метод стерилизации кожи. Так как бактерии постоянно удаляются с кожи, механический барьер, такой, например, как резиновые перчатки, в сочетании с бактерицидными мылами, очевидно, является лучшим методом ограничения или предохранения переноса микроорганизмов с кожи на оборудование космического аппарата.
В настоящее время разработано много методов снижения уровня микробного загрязнения космического аппарата и его элементов. Хотя они и не идеальны, некоторые из них используются с успехом в настоящее время, другие являются перспективными в будущем. Эксперименты показывают, что более высокая степень стерильности может быть достигнута при использовании этих приемов для гладких поверхностей. При шероховатых поверхностях выживаемость микроорганизмов остается значительной.
Обработка дезинфицирующими средствами.
Дезинфицирующая обработка заключается в промывке доступных поверхностей компонентов космического аппарата такими дезинфицирующими веществами как этиловый спирт, изопропиловый спирт, формальдегид с метаном и перекись водорода.
Поверхность стерилизуется химическими средствами (окись этилена, бромистый метил, формальдегид) и с помощью радиации без прямого контакта с поверхностью (лазерные лучи, ультрафиолетовая ионизирующая радиация и плазма).
Так как земные микроорганизмы чувствительны к высоким температурам, то автоклавирование - обычный процесс, широко применяемый в промышленности и в процессе приготовления пищи. При этом в качестве активного начала используется пар или сухой горячий воздух. Тепловая инактивация микроорганизмов происходит как более сложный процесс в сравнении с ниже приведенной логарифмической моделью (надо учитывать еще водный режим, сложность микробной популяции и ее равновесные свойства). Простая логарифмическая модель, используемая для определения параметров системы, выражает процесс разрушения микроорганизмов как функцию времени и температуры: