Планетарная защита

Не путать с Планетарной защитой .

Посадочный модуль «Викинг» готовится к стерилизации сухим жаром – это остается «серебряным стандартом» современной планетарной защиты.

Планетарная защита является руководящим принципом при разработке межпланетной миссии , целью которого является предотвращение биологического загрязнения как целевого небесного тела , так и Земли в случае миссий по возврату проб. Планетарная защита отражает как неизвестную природу космической среды, так и стремление научного сообщества сохранить первозданную природу небесных тел до тех пор, пока их не удастся детально изучить.

Существует два типа межпланетного загрязнения . Прямое загрязнение — это перенос жизнеспособных организмов с Земли на другое небесное тело. Обратное загрязнение — это перенос внеземных Земли организмов, если они существуют, обратно в биосферу .

История

Потенциальная проблема загрязнения Луны и планет впервые была поднята на VII конгрессе Международной астронавтической федерации в Риме в 1956 году.

В 1958 году США Национальная академия наук (NAS) приняла резолюцию, в которой говорится: «Национальная академия наук Соединенных Штатов Америки призывает ученых планировать исследования Луны и планет с большой осторожностью и глубокой озабоченностью, чтобы первоначальные операции не ставили под угрозу и не делали невозможным навсегда после критических научных экспериментов». Это привело к созданию специального комитета по загрязнению в результате внеземных исследований (CETEX), который собирался в течение года и рекомендовал стерилизацию межпланетных космических кораблей , а также заявил: «Необходимость в стерилизации носит лишь временный характер. Марс и, возможно, Венера должны оставаться незагрязненными только до тех пор, пока не станет возможным исследование с помощью пилотируемых кораблей».

В 1959 году планетарная защита была передана вновь созданному Комитету по космическим исследованиям (КОСПАР). КОСПАР в 1964 году издал Резолюцию 26, подтверждающую, что:

поиск внеземной жизни является важной целью космических исследований, что планета Марс может предоставить единственную реальную возможность провести этот поиск в обозримом будущем, что загрязнение этой планеты значительно затруднит такой поиск и, возможно, даже помешает на все времена однозначный результат: необходимо предпринять все практические шаги для обеспечения того, чтобы Марс не был биологически загрязнен до тех пор, пока этот поиск не будет удовлетворительно выполнен, и что сотрудничество в правильном планировании экспериментов и использовании адекватных методов стерилизации космических кораблей является требуется от всех органов, ответственных за запуск зондов в дальний космос, во избежание такого загрязнения.

Страны, подписавшие Договор о космосе, включают в себя все существующие и стремящиеся к освоению космоса национальные государства. Подписав договор, все эти национальные государства взяли на себя обязательство защищать планету.

  Подписано и ратифицировано

   подпись Только

  Не подписано

В 1967 году США, СССР и Великобритания ратифицировали Договор ООН по космосу . Правовая основа планетарной защиты лежит в статье IX этого договора:

«Статья IX: ... Государства-участники Договора проводят исследования космического пространства, включая Луну и другие небесные тела, и проводят их исследование во избежание их вредного загрязнения, а также неблагоприятных изменений в окружающей среде Земли, вызывающих от внедрения внеземной материи и при необходимости принимает для этой цели соответствующие меры...

С тех пор этот договор был подписан и ратифицирован 104 национальными государствами. Еще 24 подписали, но не ратифицировали. Все нынешние космические национальные государства, а также все нынешние стремящиеся к освоению космоса национальные государства подписали и ратифицировали договор.

Договор по космосу пользуется последовательной и широкой международной поддержкой, и в результате этого, а также потому, что он основан на декларации 1963 года, принятой консенсусом в Национальной ассамблее ООН, он приобрел статус обычного международного договора. закон. Таким образом, положения Договора по космосу обязательны для всех государств, даже для тех, которые его не подписали и не ратифицировали.

В случае прямого загрязнения фразу следует интерпретировать как «вредное загрязнение». Две юридические экспертизы пришли к разным толкованиям этого пункта (обе экспертизы были неофициальными). Однако общепринятая в настоящее время интерпретация заключается в том, что «необходимо избегать любого загрязнения, которое может нанести вред экспериментам или программам государства». В политике НАСА прямо говорится, что «проведение научных исследований возможных внеземных форм жизни, их предшественников и остатков не должно подвергаться опасности».

Рекомендации и категории КОСПАР

Комитет по космическим исследованиям (КОСПАР) собирается раз в два года и собирает от 2000 до 3000 ученых. и одна из его задач — разработка рекомендаций по предотвращению межпланетного загрязнения. Его правовой основой является статья IX Договора по космосу. ( подробности см. в истории ниже ).

Его рекомендации зависят от типа космической миссии и исследуемого небесного тела. КОСПАР делит миссии на 5 групп:

• Категория I: Любая миссия в места, не представляющие прямого интереса для химической эволюции или происхождения жизни , такие как Солнце или Меркурий . Никаких требований планетарной защиты.
• Категория II: Любая миссия в места, представляющие значительный интерес с точки зрения химической эволюции и происхождения жизни, но лишь с малой вероятностью того, что загрязнение с космического корабля может поставить под угрозу исследования. Примеры включают Луну , Венеру и кометы . Требуется только простая документация, в первую очередь для обозначения предполагаемых или потенциальных целей воздействия, а также отчет об окончании миссии о любом месте непреднамеренного удара, если таковое произошло.
• Категория III: Облетные и орбитальные миссии к местам, представляющим значительный интерес с точки зрения химической эволюции или происхождения жизни, и со значительной вероятностью того, что загрязнение может поставить под угрозу исследования, например, Марс , Европа , Энцелад . Требуется более сложная документация, чем для категории II. Другие требования, в зависимости от миссии, могут включать в себя смещение траектории, сборку в чистой комнате, снижение бионагрузки и, если воздействие возможно, инвентаризацию органических веществ.
• Категория IV: миссии посадки или зондирования в те же места, что и категория III. Применяемые меры зависят от объекта-мишени и планируемых операций. «Стерилизация всего космического корабля может потребоваться для спускаемых аппаратов и вездеходов, проводящих эксперименты по обнаружению жизни, а также для тех, кто приземляется или перемещается в регион, где земные микроорганизмы могут выжить и расти или где может присутствовать местная жизнь. Для других спускаемых аппаратов и вездеходов , требования будут заключаться в дезактивации и частичной стерилизации приземлившегося оборудования».

Миссии на Марс в категории IV подразделяются на следующие подклассы:

• Категория IVа. Посадочные аппараты, которые не ищут марсианскую жизнь - используют требования к предварительной стерилизации посадочного модуля «Викинг»: максимум 300 000 спор на космический корабль и 300 спор на квадратный метр.
• Категория IVб. Посадочные аппараты, ищущие марсианскую жизнь. Добавляет строгие дополнительные требования для предотвращения загрязнения образцов.
• Категория IVв. Марса Любой компонент, который получает доступ к особой зоне (см. Ниже), должен быть стерилизован, по крайней мере, до уровня биологической нагрузки после стерилизации Viking, составляющего всего 30 спор на космический корабль.

• Категория V: она подразделяется на неограниченный и ограниченный возврат проб.

• Неограниченная категория V: образцы из мест, которые, по мнению ученых, не содержат местных форм жизни. Никаких особых требований.
• Ограниченная категория V: (если научное мнение сомнительно) требования включают: абсолютный запрет разрушительного воздействия при возвращении, сдерживание всего возвращаемого оборудования, которое непосредственно контактировало с телом-мишенью, и сдерживание любого нестерилизованного образца, возвращаемого на Землю.

определенный уровень биологической нагрузки Для миссий категории IV допускается . В целом это выражается как «вероятность заражения», которая должна быть менее одного шанса на 10 000. прямого загрязнения на каждую миссию, но в случае миссий на Марс категории IV (см. выше) требование было переведено в подсчет спор Bacillus на площадь поверхности как простой в использовании метод анализа.

Для категории IV также требуется более обширная документация. Другие необходимые процедуры, в зависимости от миссии, могут включать в себя смещение траектории, использование чистых помещений во время сборки и испытаний космического корабля, снижение биологической нагрузки, частичную стерилизацию оборудования, имеющего непосредственный контакт с телом-мишенью, биозащиту для этого оборудования и, в частности, редкие случаи, полная стерилизация всего корабля.

Для ограниченных миссий категории V нынешняя рекомендация заключается в том, что неконтейнерные образцы не должны быть возвращены, если они не стерилизованы. Поскольку стерилизация возвращенных образцов уничтожит большую часть их научной ценности, текущие предложения включают процедуры сдерживания и карантина. Подробную информацию см. в разделе «Сдерживание и карантин» ниже. Миссии категории V также должны соответствовать требованиям категории IV для защиты объекта-мишени от прямого загрязнения.

Особые регионы Марса

Особый регион — это регион, классифицированный КОСПАР, где земные организмы могут легко размножаться или, как считается, имеют высокий потенциал для существования марсианских форм жизни. Предполагается, что это применимо к любому региону Марса, где встречается или может иногда встречаться жидкая вода, исходя из нынешнего понимания требований для жизни.

Если жесткая посадка рискует биологическим загрязнением особого региона, то вся система спускаемого аппарата должна быть стерилизована по категории IVc КОСПАР.

Целевые категории

Некоторые цели легко классифицировать. Другим присвоены предварительные категории КОСПАР в ожидании будущих открытий и исследований.

Этот вопрос был рассмотрен довольно подробно на семинаре КОСПАР 2009 года по планетарной защите спутников внешних планет и малых тел Солнечной системы. Большинство этих оценок взято из этого отчета с некоторыми будущими уточнениями. На семинаре также были даны более точные определения некоторым категориям:

Категория I

«не представляет прямого интереса для понимания процесса химической эволюции или происхождения жизни».

• Ио, Солнце, Меркурий, недифференцированные метаморфизованные астероиды.

Категория II

…где существует лишь малая вероятность того, что загрязнение, принесённое космическим кораблем, может поставить под угрозу будущие исследования». В данном случае мы определяем «отдаленный шанс» как «отсутствие ниш (мест, где наземные микроорганизмы могли бы размножаться) и/или очень низкую вероятность переноса в эти места».

• Каллисто, кометы, астероиды категорий P, D и C, Венера, Объекты пояса Койпера (KBO) < 1/2 размера Плутона.

Временная категория II

• Ганимед, Титан , Тритон, система Плутон-Харон и другие крупные ОПК (размером > 1/2 Плутона), Церера

Предварительно они отнесли эти объекты ко II категории. Однако они заявляют, что необходимы дополнительные исследования, поскольку существует маловероятная вероятность того, что приливные взаимодействия Плутона и Харона могут сохранить некоторый резервуар воды под поверхностью. Аналогичные соображения применимы и к другим более крупным ОПК.

В настоящее время Тритон недостаточно хорошо изучен, чтобы можно было сказать, что он определенно лишен жидкой воды. Единственные наблюдения крупным планом на сегодняшний день — это наблюдения «Вояджера-2» .

При детальном обсуждении Титана ученые пришли к выводу, что опасности загрязнения его поверхности нет, за исключением кратковременного добавления незначительного количества органики, но Титан мог иметь подземный резервуар с водой, сообщающийся с поверхностью, и если да, то это может быть загрязнен.

В случае с Ганимедом вопрос заключается в том, существует ли какая-либо связь с его подземным океаном, учитывая, что на его поверхности наблюдаются явные признаки всплытия на поверхность? Они не нашли известного механизма, с помощью которого это могло произойти, а космический корабль Галилео не обнаружил никаких доказательств криовулканизма . Первоначально они присвоили ему приоритет B минус, что означает, что миссии-предшественники необходимы для оценки его категории перед любыми наземными миссиями. Однако после дальнейшего обсуждения они предварительно отнесли его к Категории II, поэтому никаких миссий-предшественников не требуется, в зависимости от будущих исследований.

Если на Ганимеде или Титане существует криовулканизм, предполагается, что подземный резервуар находится на глубине 50–150 км под поверхностью. Они не смогли найти процесс, который мог бы переносить поверхностную талую воду обратно через 50-километровый лед в подводное море. Вот почему и Ганимеду, и Титану была присвоена достаточно твердая предварительная категория II, но до получения результатов будущих исследований.

Ледяные тела, демонстрирующие признаки недавнего всплывания на поверхность, нуждаются в дальнейшем обсуждении и, возможно, их придется отнести к новой категории в зависимости от будущих исследований. Этот подход был применен, например, к миссиям на Церере . Категория планетарной защиты подлежит пересмотру в ходе миссии орбитального аппарата Цереры ( «Рассвет ») в зависимости от полученных результатов.

Категория III/IV

«…где существует значительная вероятность того, что загрязнение, принесенное космическим кораблем, может поставить под угрозу будущие исследования». Мы определяем «значительную вероятность» как «наличие ниш (мест, где могут размножаться наземные микроорганизмы) и вероятность перемещения в эти места».

• Марс из-за возможных подземных сред обитания.
• Европа из-за ее подземного океана.
• Энцелад из-за наличия водяных шлейфов.

Категория V

Неограниченная категория V: «Миссии по возвращению на Землю тел, которые, по научному мнению, не имеют местных форм жизни».

Ограниченная категория V: «Миссии по возвращению на Землю тел, которые, по научному мнению, представляют значительный интерес для процесса химической эволюции или происхождения жизни».

По категории V для выборочного возврата выводы на данный момент таковы:

• Неограниченная категория V: Венера , Луна.
• Ограниченная категория V: Марс, Европа, Энцелад.

Уравнение Коулмана – Сагана

Целью действующих правил является поддержание количества микроорганизмов на достаточно низком уровне, чтобы вероятность заражения Марса (и других целей) была приемлемой. Целью не является сведение вероятности загрязнения к нулю.

Цель состоит в том, чтобы сохранить вероятность заражения на уровне 1 из 10 000 случаев заражения за выполненный полет. Эта цифра обычно получается путем умножения количества микроорганизмов на космическом корабле, вероятности роста на теле-мишени и ряда коэффициентов снижения биологической нагрузки.

Подробно используемый метод представляет собой уравнение Коулмана – Сагана.

$P_{c}=N_{0}RP_{S}P_{t}P_{R}P_{g}$.

где

$N_{0}$ = количество микроорганизмов на космическом корабле изначально

$R$ = Сокращение из-за условий на космическом корабле до и после запуска

$P_{S}$ = Вероятность того, что микроорганизмы на космическом корабле достигнут поверхности планеты

$P_{t}$ = Вероятность того, что космический корабль достигнет планеты - это 1 для посадочного модуля.

$P_{R}$ = Вероятность попадания микроорганизмов в окружающую среду при нахождении на земле. Обычно устанавливается равной 1 для аварийной посадки.

$P_{g}$ = Вероятность роста. Для целей с жидкой водой для целей расчета устанавливается значение 1.

Тогда требование $P_{c}<10^{-4}$

The $10^{-4}$ — число, выбранное Саганом и др. несколько произвольно. Саган и Коулман предположили, что около 60 миссий на поверхность Марса произойдет, прежде чем экзобиология Марса будет полностью изучена, 54 из них будут успешными и 30 пролетов или орбитальных аппаратов, и это количество было выбрано, чтобы выдержать вероятность сохранить планету свободной от загрязнения. не менее 99,9% за период разведки.

Критика

Уравнение Коулмана-Сагана подверглось критике, поскольку отдельные параметры часто известны не лучше, чем величина или около того. Например, толщина поверхностного льда Европы неизвестна и местами может быть тонкой, что может привести к высокому уровню неопределенности в уравнении. Его также критиковали из-за изначального предположения об окончании периода защиты и будущих исследованиях человека. В случае с Европой это защитило бы ее лишь с разумной вероятностью на время периода исследования.

Гринберг предложил альтернативу — использовать стандарт естественного загрязнения — наши миссии на Европу не должны иметь более высокую вероятность загрязнения, чем вероятность загрязнения метеоритами с Земли.

Пока вероятность того, что люди заразят другие планеты земными микробами, существенно меньше, чем вероятность того, что такое заражение произойдет естественным путем, исследовательская деятельность, по нашему мнению, не принесет никакого вреда. Мы называем эту концепцию стандартом естественного загрязнения.

Другим подходом для Европы является использование бинарных деревьев решений, которое поддерживает Комитет по стандартам планетарной защиты ледяных тел во внешней Солнечной системе под эгидой Совета космических исследований. Он проходит серию из семи шагов, приводящих к окончательному решению о том, продолжать миссию или нет.

Рекомендация: подходы к обеспечению планетарной защиты не должны основываться на умножении оценок и вероятностей бионагрузки для расчета вероятности загрязнения тел Солнечной системы земными организмами, если только научные данные однозначно не определяют значения, статистические вариации и взаимную независимость каждого фактора, используемого в уравнение.

Рекомендация: Подходы к обеспечению планетарной защиты для миссий к ледяным телам Солнечной системы должны использовать ряд бинарных решений, которые учитывают один фактор за раз, чтобы определить соответствующий уровень процедур планетарной защиты.

Сдерживание и карантин в случае ограниченного возврата проб категории V

Дополнительная информация: Курирование образцов внеземных цивилизаций.

В случае ограниченных миссий категории V Земля будет защищена посредством карантина образцов и астронавтов в еще не построенном объекте 4-го уровня биобезопасности . В случае возвращения образцов с Марса миссии будут спроектированы таким образом, чтобы никакая часть капсулы, соприкасающаяся с поверхностью Марса, не подвергалась воздействию земной среды. Один из способов сделать это — поместить контейнер с образцом в более крупный внешний контейнер с Земли, в космическом вакууме. Целостность любых уплотнений имеет важное значение, и систему также необходимо контролировать на предмет возможности повреждения микрометеоритами во время возвращения на Землю.

Рекомендация отчета ESF заключается в том, что

«Никакие неудерживаемые марсианские материалы, включая поверхности космических кораблей, которые подверглись воздействию марсианской среды, не должны быть возвращены на Землю без стерилизации».

... «Для нестерилизованных образцов, возвращаемых на Землю, программа обнаружения жизни и испытаний на биологическую опасность или проверенный процесс стерилизации должны быть предприняты в качестве абсолютного предварительного условия для контролируемого распределения любой части образца».

Никаких ограниченных возвратов по категории V не проводилось. Во время программы «Аполлон» возврат образцов регулировался Законом о внеземном воздействии . Это правило было отменено в 1991 году, поэтому необходимо было принять новые правила. Карантинные процедуры эпохи Аполлона представляют интерес как единственная на сегодняшний день попытка возвращения на Землю образца, который, как в то время считалось, имел отдаленную возможность включения внеземной жизни.

Образцы и астронавты были помещены на карантин в Лунную приемную лабораторию . По современным стандартам используемые методы будут считаться неадекватными для сдерживания. Кроме того, лунная приемная лаборатория будет признана неудачной по ее собственным критериям проектирования, поскольку возвращаемый образец не содержал лунного материала, с двумя точками отказа во время возвращения Аполлона-11: при приводнении и на самом объекте.

Однако Лунная приемная лаборатория была построена быстро, всего за два года от начала до завершения - срок, который сейчас считается недостаточным. Уроки, извлеченные из этого, могут помочь в проектировании любого объекта по приему возвратных образцов с Марса.

Критерии проектирования предлагаемого объекта по возврату образцов с Марса и миссии по возвращению были разработаны Американским национальным исследовательским советом. и Европейский космический фонд. Они пришли к выводу, что он может быть основан на сдерживании биологической опасности 4, но с более строгими требованиями по содержанию неизвестных микроорганизмов, возможно, таких же размеров или меньше, чем самые маленькие известные земные микроорганизмы, ультрамикробактерии . Исследование ESF также рекомендовало спроектировать его так, чтобы он содержал, по возможности, более мелкие агенты для переноса генов , поскольку они потенциально могут передавать ДНК от марсианских микроорганизмов к земным микроорганизмам, если они имеют общее эволюционное происхождение. Его также необходимо использовать как чистую комнату для защиты образцов от земного загрязнения, которое может сбить с толку чувствительные тесты по обнаружению жизни, которые будут использоваться с образцами.

Прежде чем вернуть образец, потребуются новые законы о карантине. Также потребуется экологическая оценка, и необходимо будет согласовать различные другие внутренние и международные законы, отсутствовавшие в эпоху Аполлона.

Процедуры дезактивации

Для всех миссий космических кораблей, требующих дезактивации, отправной точкой является сборка в чистых помещениях в федерального стандарта США класса 100 чистых помещениях . Это помещения, в которых содержится менее 100 частиц размером 0,5 мкм и более на кубический фут. Инженеры носят костюмы для чистых помещений , открывая только глаза. Компоненты по возможности стерилизуются индивидуально перед сборкой, а во время сборки поверхности часто очищаются спиртовыми салфетками. Споры Bacillus subtilis были выбраны не только из-за их способности легко образовывать споры, но и из-за их хорошо зарекомендовавшего себя использования в качестве модельного вида. Это полезный инструмент для отслеживания воздействия УФ-излучения из-за его высокой устойчивости к различным экстремальным условиям. По существу, это важный вид-индикатор передового загрязнения в контексте планетарной защиты.

Для миссий категории IVa (марсианские корабли, которые не ищут марсианскую жизнь) цель состоит в том, чтобы снизить бионагрузку до 300 000 бактериальных спор на любой поверхности, с которой споры могут попасть в марсианскую среду. Все термостойкие компоненты стерилизуются при температуре 114 °C. Чувствительная электроника, такая как основной ящик марсохода, включая компьютер, герметизирована и вентилируется через высокоэффективные фильтры, чтобы удержать микробы внутри.

Для более чувствительных миссий, таких как Категория IVc (в особые регионы Марса ), требуется гораздо более высокий уровень стерилизации. Они должны быть аналогичны уровням, реализованным на посадочных модулях «Викинг», которые были стерилизованы для использования на поверхности, которая в то время считалась потенциально пригодной для жизни, подобной особым регионам на Марсе сегодня.

В микробиологии обычно невозможно доказать отсутствие жизнеспособных микроорганизмов, поскольку многие микроорганизмы либо еще не изучены, либо не культивируются. Вместо этого стерилизация проводится с использованием серии десятикратного уменьшения количества присутствующих микроорганизмов. После достаточного количества десятикратных сокращений вероятность того, что микроорганизмы останутся, будет крайне мала.

Два посадочных модуля Viking Mars были стерилизованы методом сухожаровой стерилизации. После предварительной очистки с целью снижения бионагрузки до уровней, аналогичных современным космическим кораблям категории IVa, космический корабль «Викинг» подвергался термической обработке в течение 30 часов при 112 °C, номинальной 125 °C (пяти часов при 112 °C считалось достаточным для сокращения популяции). в десять раз даже для закрытых частей космического корабля, так что этого было достаточно для сокращения первоначально низкой численности населения в миллион раз).

Однако современные материалы часто не рассчитаны на такие температуры, тем более что в современных космических кораблях часто используются готовые коммерческие компоненты. Встречающиеся проблемы включают наноразмерные элементы толщиной всего в несколько атомов, пластиковую упаковку и методы крепления проводящей эпоксидной смолы. Кроме того, многие датчики инструментов не могут подвергаться воздействию высокой температуры, а высокая температура может помешать критическому выравниванию инструментов.

В результате необходимы новые методы для стерилизации современного космического корабля до более высоких категорий, таких как категория IVc для Марса, аналогичная «Викингу». Методы, находящиеся на стадии оценки или уже одобренные, включают:

• в паровой фазе Перекись водорода – эффективна, но может воздействовать на отделочные материалы, смазочные материалы и материалы, в которых используются ароматические кольца и связи серы. Это было установлено, проверено, и спецификация НАСА/ЕКА по использованию VHP была одобрена офицером планетарной защиты, но она еще официально не опубликована.
• Оксид этилена – широко используется в медицинской промышленности и может применяться для материалов, несовместимых с перекисью водорода. Он рассматривается для таких миссий, как ExoMars .
• Гамма-излучение и электронные лучи были предложены в качестве метода стерилизации, поскольку они широко используются в медицинской промышленности. Их необходимо протестировать на совместимость с материалами и геометрией аппаратного обеспечения космического корабля, и они еще не готовы к рассмотрению.

Некоторые другие методы представляют интерес, поскольку позволяют стерилизовать космический корабль после прибытия на планету.

• Сверхкритический снег из углекислого газа (Марс) – наиболее эффективен против следов органических соединений, а не против целых микроорганизмов. Однако его преимущество заключается в том, что он устраняет органические следы - в то время как другие методы убивают микроорганизмы, они оставляют органические следы, которые могут сбить с толку приборы обнаружения жизни. Находится на изучении Лаборатории реактивного движения и Европейского космического агентства.
• Пассивная стерилизация УФ-излучением (Марс). Высокоэффективен против многих микроорганизмов, но не против всех, поскольку штамм Bacillus , обнаруженный на сборочных предприятиях космических кораблей, особенно устойчив к УФ-излучению. Также осложняется возможным затенением пылью и аппаратурой космического корабля.
• Пассивная стерилизация потоками частиц (Европа). В связи с этим сокращение расходов приходится на планы миссий в Европу.

Обнаружение и оценка бионагрузки

Количество спор используется как косвенный показатель количества присутствующих микроорганизмов. Обычно 99% микроорганизмов по видам не образуют спор и способны выживать в состоянии покоя. Таким образом, ожидается, что фактическое количество жизнеспособных спящих микроорганизмов, оставшихся на стерилизованном космическом корабле, во много раз превысит количество спорообразующих микроорганизмов.

Одним из новых одобренных методов спор является «Быстрый анализ спор». Он основан на коммерческих системах быстрого анализа, напрямую обнаруживает споры, а не только жизнеспособные микроорганизмы, и дает результаты через 5 часов вместо 72 часов.

Проблемы

Также давно признано, что в уборных космических кораблей обитают полиэкстремофилы — единственные микробы, способные в них выжить. Например, в недавнем исследовании микробы из мазков марсохода Curiosity подверглись высушиванию, воздействию ультрафиолета, холоду и экстремальным значениям pH. Почти 11% из 377 штаммов пережили более одного из этих тяжелых состояний. Геномы устойчивых спор, продуцирующих Bacillus sp. были изучены, и сообщалось о признаках уровня генома, потенциально связанных с устойчивостью.

Это не означает, что эти микробы заразили Марс. Это лишь первый этап процесса снижения бионагрузки. Чтобы загрязнить Марс, им также придется пережить низкую температуру, вакуум, УФ-излучение и ионизирующее излучение во время многомесячного путешествия на Марс, а затем встретить среду обитания на Марсе и начать там размножаться. Произошло это или нет – вопрос вероятности. Цель планетарной защиты — свести эту вероятность к минимуму. Принятая в настоящее время целевая вероятность загрязнения на одну миссию состоит в том, чтобы снизить ее до менее 0,01%, хотя в особом случае Марса ученые также полагаются на враждебные условия на Марсе, которые заменят последний этап используемой десятичной обработки при термообработке. для Викинга. Но при нынешних технологиях учёные не могут свести вероятность к нулю.

Новые методы

Два недавних молекулярных метода были одобрены. для оценки микробной обсемененности поверхности космического корабля.

• Обнаружение аденозинтрифосфата (АТФ) – это ключевой элемент клеточного метаболизма. Этот метод позволяет обнаружить некультивируемые организмы. Он также может быть вызван нежизнеспособным биологическим материалом, поэтому может дать «ложноположительный результат».
• Анализ Limulus Amebocyte Lysate – обнаруживает липополисахариды (ЛПС). Это соединение присутствует только у грамотрицательных бактерий. Стандартный анализ анализирует споры микробов, которые в основном являются грамположительными , что затрудняет сопоставление этих двух методов.

Предотвращение воздействия

Это особенно относится к орбитальным миссиям категории III, поскольку они стерилизуются по более низким стандартам, чем миссии на поверхность. Это также актуально для спускаемых аппаратов, поскольку удар дает больше возможностей для заражения вперед, а удар может быть нанесен по незапланированной цели, например, по особому региону на Марсе.

Требование к орбитальной миссии состоит в том, что она должна оставаться на орбите не менее 20 лет после прибытия на Марс с вероятностью не менее 99% и в течение 50 лет с вероятностью не менее 95%. Это требование можно отменить, если миссия стерилизована по стандарту стерилизации Viking.

В эпоху викингов (1970-е годы) требование было представлено в виде одной цифры: любая орбитальная миссия должна иметь вероятность столкновения менее 0,003% на текущем этапе исследования Марса.

Как для спускаемых, так и для орбитальных аппаратов используется метод смещения траектории при подлете к цели. Траектория космического корабля рассчитана таким образом, что в случае потери связи он не достигнет цели.

Проблемы с предотвращением ударов

Несмотря на эти меры произошел один заметный провал в предотвращении столкновений. Марсианский климатический орбитальный аппарат , стерилизованный только до категории III, разбился на Марсе в 1999 году из-за перепутывания британских и метрических единиц измерения. В управлении планетарной защиты заявили, что вполне вероятно, что он сгорел в атмосфере, но если он доживет до земли, то это может вызвать прямое загрязнение.

Mars Observer — еще одна миссия категории III с потенциальным планетарным загрязнением. Связь была потеряна за три дня до маневра по выведению на орбиту в 1993 году. Скорее всего, ему не удалось выйти на орбиту вокруг Марса, и он просто продолжил движение по гелиоцентрической орбите. Однако если ему удастся выполнить автоматическое программирование и попытаться совершить маневр, есть вероятность, что он разобьется на Марсе.

Три посадочных модуля совершили жесткую посадку на Марсе. Это посадочный модуль Schiaparelli EDM , полярный посадочный модуль Марса и Deep Space 2 . Все они были стерилизованы для наземных миссий, но не для особых регионов (только предварительная стерилизация «Викингов»). Mars Polar Lander и Deep Space 2 врезались в полярные регионы, которые теперь считаются особыми регионами из-за возможности образования жидких рассолов.

Споры

Метеоритный аргумент

статью, в Альберто Г. Файрен и Дирк Шульце-Макух опубликовали в журнале Nature которой рекомендуют сократить меры планетарной защиты. В качестве основной причины они указали, что обмен метеоритами между Землей и Марсом означает, что любая жизнь на Земле, которая могла бы выжить на Марсе, уже попала туда, и наоборот.

Роберт Зубрин использовал аналогичные аргументы в поддержку своего мнения о том, что риск обратного заражения не имеет научного обоснования.

Опровержение NRC

Аргумент о метеорите был рассмотрен NRC в контексте обратного загрязнения. Считается, что все марсианские метеориты возникают в результате относительно небольшого количества ударов о Марс каждые несколько миллионов лет. Диаметр ударных частиц будет составлять несколько километров, а кратеры, которые они образуют на Марсе, — десятки километров в диаметре. Модели воздействий на Марс согласуются с этими выводами.

Земля получает постоянный поток метеоритов с Марса, но они исходят от относительно небольшого числа первоначальных ударных объектов, и их перемещение было более вероятным в ранней Солнечной системе. Кроме того, некоторые формы жизни, жизнеспособные как на Марсе, так и на Земле, возможно, не смогут пережить перенос на метеорите, и до сих пор нет прямых доказательств какого-либо переноса жизни с Марса на Землю таким способом.

NRC пришел к выводу, что, хотя передача возможна, данные обмена метеоритами не устраняют необходимость в методах защиты от обратного загрязнения.

Столкновения с Землей, способные отправить микроорганизмы на Марс, также нечасты. Ударные снаряды диаметром 10 км и более могут доставлять обломки на Марс через атмосферу Земли, но это происходит редко и было более распространено в ранней Солнечной системе.

Предложение прекратить планетарную защиту Марса

В своей статье 2013 года «Чрезмерная защита Марса» Альберто Файрен и Дирк Шульце-Макух предположили, что нам больше не нужно защищать Марс, по существу используя аргумент Зубрина о переносе метеоритов. Это было опровергнуто в последующей статье «Соответствующая защита Марса» в журнале Nature нынешними и предыдущими офицерами планетарной защиты Кэтрин Конли и Джоном Раммелом.

Критика мер сдерживания категории V

Научный консенсус заключается в том, что потенциал крупномасштабных последствий, вызванных патогенезом или экологическими нарушениями, чрезвычайно мал. Тем не менее, образцы, возвращенные с Марса, будут рассматриваться как потенциально биологически опасные, пока ученые не определят, что возвращенные образцы безопасны. Цель состоит в том, чтобы снизить вероятность выброса марсианской частицы до уровня менее одной на миллион.

Политические предложения

Небиологическое загрязнение

Семинар КОСПАР в 2010 году рассматривал вопросы, связанные с защитой территорий от небиологического загрязнения. Они рекомендовали КОСПАР расширить сферу своей компетенции, включив в нее такие вопросы. Рекомендации семинара включают в себя:

Рекомендация 3 КОСПАР должен добавить отдельную и параллельную политику, содержащую рекомендации по требованиям/передовой практике защиты неживых/не связанных с жизнью аспектов космического пространства и небесных тел.

Некоторые предложенные идеи включают охраняемые особые регионы или «Планетарные парки». сохранить регионы Солнечной системы в первозданном виде для будущих научных исследований, а также по этическим причинам.

Предлагаемые расширения

Астробиолог Кристофер Маккей утверждает, что до тех пор, пока мы не получим лучшего понимания Марса, наши исследования должны быть биологически обратимыми. Например, если все микроорганизмы, завезенные на Марс до сих пор, останутся в спящем состоянии внутри космического корабля, в принципе их можно будет удалить в будущем, оставив Марс полностью свободным от загрязнения современными земными формами жизни.

На семинаре 2010 года одной из рекомендаций для дальнейшего рассмотрения было продление периода предотвращения загрязнения до максимально жизнеспособного срока жизни спящих микроорганизмов, завезенных на планету.

« Рекомендация 4». КОСПАР должен учитывать, что соответствующая защита потенциальной местной внеземной жизни должна включать в себя предотвращение вредного загрязнения любой обитаемой среды — как существующей, так и прогнозируемой — в течение максимального потенциального времени жизнеспособности любых земных организмов (включая микробные споры), которые могут быть занесены в эту среду. окружающую среду в результате деятельности человека или роботов».

В случае с Европой была высказана аналогичная идея: недостаточно защитить ее от загрязнения в течение нынешнего периода исследований. Возможно, Европа представляет достаточный научный интерес, и человечество обязано сохранить ее в первозданном виде для изучения будущими поколениями. Таково было мнение большинства рабочей группы 2000 года, исследующей Европу, хотя в той же целевой группе существовало мнение меньшинства о том, что такие сильные меры защиты не требуются.

«Одним из последствий этой точки зрения является то, что Европа должна быть защищена от загрязнения в течение неограниченного периода времени, пока не будет продемонстрировано, что океана не существует или что нет никаких организмов. Таким образом, мы должны быть обеспокоены тем, что в масштабе времени на Примерно от 10 до 100 миллионов лет (приблизительный возраст поверхности Европы), любой загрязняющий материал, вероятно, будет перенесен в глубокую ледяную корку или в нижележащий океан».

В июле 2018 года Национальные академии наук, техники и медицины опубликовали обзор и оценку процессов разработки политики планетарной защиты. Частично доклад призывает НАСА разработать широкий стратегический план, охватывающий как прямое, так и обратное загрязнение. В докладе также выражается обеспокоенность по поводу миссий частного сектора, для которых не существует государственного регулирующего органа.

Защита объектов за пределами Солнечной системы

Предложение немецкого физика Клавдия Гроса о том, что технология проекта Breakthrough Starshot может быть использована для создания биосферы одноклеточных организмов на пригодных лишь для временного проживания , экзопланетах, вызвал дискуссию, в какой степени планетарная защита должна быть распространена на экзопланеты . Грос утверждает, что продление сроков межзвездные миссии подразумевают, что планетарная и экзопланетная защита имеет разные этические основы.

См. также

• Астробиология - наука, изучающая жизнь во Вселенной.
• ЭкзоМарс - программа астробиологии
• Список микроорганизмов, испытанных в космосе
• Марс 2020 – астробиологическая миссия марсохода НАСА
• Панспермия - Гипотеза межзвездного распространения первобытной жизни.

Общие ссылки

• Саган, К .; Коулман, С. (1965). «Стандарты стерилизации космических кораблей и загрязнение Марса». Журнал астронавтики и воздухоплавания . 3 (5): 22–27.
• Л.И. Теннен (2006). «Эволюция политики планетарной защиты: конфликт науки и юриспруденции». Достижения в космических исследованиях . 34 (11): 2354–2362. Бибкод : 2004AdSpR..34.2354T . дои : 10.1016/j.asr.2004.01.018 .
• Л. Перек (2006). «Планетарная защита: извлеченные уроки». Достижения в космических исследованиях . 34 (11): 2354–2362. Бибкод : 2004AdSpR..34.2368P . дои : 10.1016/j.asr.2003.02.066 .
• Дж. Д. Раммель; П.Д. Стабекис; Д.Л. Девинченци; Дж. Б. Баренгольц (2002). «Политика планетарной защиты КОСПАР: сводный проект». Достижения в космических исследованиях . 30 (6): 1567–1571. Бибкод : 2002AdSpR..30.1567R . дои : 10.1016/S0273-1177(02)00479-9 .
• Д. Л. Де Винченци; П. Стабекис и Дж. Баренгольц (1996). «Уточнение политики планетарной защиты для миссий на Марс». Достижения в космических исследованиях . 18 (1–2): 311–316. Бибкод : 1996AdSpR..18a.311D . дои : 10.1016/0273-1177(95)00821-У . ПМИД   11538978 .
• Дж. Баренгольц и П.Д. Стабекис (1983). «Программа планетарной защиты США: основные моменты реализации». Достижения в космических исследованиях . 3 (8): 5–12. Бибкод : 1983AdSpR...3h...5B . дои : 10.1016/0273-1177(83)90166-7 .
• LP Даспит; Штерн; Кортрайт (1975). «Тепловая стерилизация викингов - прогресс и проблемы». Акта Астронавтика . 2 (7–8): 649–666. Бибкод : 1975AcAau...2..649D . дои : 10.1016/0094-5765(75)90007-7 .

Внешние ссылки

• Никаких ошибок, пожалуйста, это чистая планета! ( ЕКА ) статья
• Кминек, Г.; Конли, К.; Хипкин, В.; Яно, Х. (декабрь 2017 г.). Политика защиты планет КОСПАР (PDF) (Отчет). ( статья КОСПАР )
• Веб-сайт НАСА по планетарной защите
• JPL разрабатывает высокоскоростной тест для улучшения обеззараживания патогенов в JPL .
• Геоэтика в исследованиях планет и космоса
• Кэтрин Конли: НАСА и международная политика, методология и применение защиты планет , Космическое шоу, октябрь 2012 г.