Исследования мелкодисперсной среды на внешней поверхности международной космической станции в эксперименте «Тест»: обнаружены жизнеспособные микробиологические объекты

Международная космическая станция (МКС) является уникальной научной лабораторией для постановки и реализации экспериментальных исследований в условиях околоземного космического пространства [1]. Станция представляет собой сложную пространственно-распределенную конструкцию, оснащенную системой электропитания, жизнеобеспечения, теплоотвода, энергообмена с окружающей средой [2]. Пилотирование и обслуживание этого искусственного космического объекта выполняет экипаж из шести космонавтов-операторов, которые работают в течение нескольких месяцев. Шлюзовая камера и поручни обеспечивают экипажу выход в открытый космос и перемещение по поверхности МКС. Таким образом, орбитальная станция (ОС) представляет собой достаточно изолированный обитаемый островок, функционирующий в космосе в агрессивной околоземной среде. Более того, при функционировании систем ОС внешние поверхности непосредственно взаимодействуют с собственной внешней атмосферой (СВА), которая формируется под воздействием продуктов сгорания топлива двигателей ориентации и коррекции МКС, двигателей транспортных космических аппаратов (КА), газообразных и пылевых выбросов из гермоотсеков (которые могут включать и микроорганизмы), утечки газов и пыли в процессе внекорабель-ной деятельности (ВКД), а также набегающего потока внешней среды. Взаимодействие СВА с конструкционными материалами ОС приводит к осаждению компонентов окружающей среды от перечисленных источников на поверхности станции, где образуется устойчивая осадочная среда, покрывающая и загрязняющая корпус МКС. Компоненты СВА попадают под экранновакуумную теплоизоляцию (ЭВТИ) в виде пыли, газа, ионизированных частиц. Это ведет к развитию цепочки микродеструктивных процессов (физико-химических, биохимических, микробиологических), снижающих ресурсные характеристики ОС. Радиационные воздействия (особенно на микробиологические составляющие внешней среды) могут вызывать мутации и формирование вредных веществ, а возможно и патогенных форм микроорганизмов, попадание которых в гермоотсек опасно. Следовательно, состояние, структура и состав мелкодисперсной осадочной среды внешней поверхности МКС являются важными факторами безопасности и надежности эксплуатации орбитального космического объекта и требуют углубленного исследования, что и предполагалось выполнить в космическом эксперименте (КЭ) «Тест».

Постановка и задачикосмического эксперимента «Тест»

В рамках Программы научно-прикладных исследований на МКС, как известно, выполнена серия экспериментов по изучению состава СВА (КЭ «Среда-МКС», «Атмосфера» и др.) и взаимодействия ее с конструктивными элементами ОС (КЭ «Плазма-МКС»), образования на поверхности пленки в окрестности двигателей (КЭ «Кромка»). В целях оценки выживаемости микроорганизмов выполнен КЭ «Биориск» [3]. Однако, указанный эксперимент носит узконаправленный характер по отношению к проблеме исследования высокодисперсной среды. Тест-микроорганизмы доставлялись на МКС в жизнеспособном состоянии и экспонировались ограниченное время, будучи помещенными в твердотельные оболочки, которые выполняли определенную защитную функцию.

Постановка КЭ «Тест» определена реальной возможностью проведения исследований состава и состояния накопленной за время длительного функционирования МКС микродисперс-ной среды на внешней поверхности с помощью инструмента, обеспечивающего стерильность и гермоизоляцию отобранных в ходе операции на внешней поверхности Российского сегмента (РС) МКС и возвращаемых на Землю образцов.

Цели КЭ «Тест» формулируются следующим образом:

• •    выявление признаков и причин развития микродеструкции гермокорпусов (в т. ч. под ЭВТИ) при взаимодействии с компонентами СВА, продуктами неполного сгорания топлива, летучими органическими соединениями (ЛОС), молекулами воды, а также при возникновении на внешней поверхности ОС агрессивных веществ и очагов коррозии, снижающих ресурсные характеристики модулей МКС;

• •    выявление возможных очагов существования жизнеспособных микробиологических объектов на внешней поверхности ОС и определение их роли в деструктивных процессах на МКС;

• •    исследование мелкодисперсного осадочного материала с поверхностей сложных элементов, из-под ЭВТИ, мест сопряжений различных форм, резиновых и пластиковых уплотнений, внешней поверхности модулей МКС для проведения многопараметрического анализа.

Каждая серия КЭ включает две фазы исследований: орбитальную и наземную. Задачи орбитальной фазы — отбор космонавтом-оператором в процессе ВКД проб-мазков осадочной среды с поверхности конструктивных элементов РС МКС, их полная гермоизоляция и доставка на Землю. Для реализации этой фазы используется специально разработанная и стерилизованная научная аппаратура (НА), характеристика которой будет приведена ниже.

Задача наземной фазы — проведение токсикологического, физико-химического, микробиологического и молекулярно-биологического анализов доставленных образцов осадочной среды с внешней поверхности МКС по верифицированным методикам профильных лабораторий в стерильных условиях.

Научная аппаратуракосмического эксперимента «Тест»

Для достижения поставленных целей необходимо использовать НА, отвечающую основным требованиям: стерильности прибора, полному исключению контаминации проб-мазков после отбора, их гермоизоляции и возможности их доставки в наземные лаборатории.

В КЭ «Тест» применяется специально созданная НА, выполненная в виде моноблока, имеющего две глухие цилиндрические полости, которые герметизируются при установке цилиндрических пробоотборников, снабженных закрепленными тампонами, обработанными консервантом. Прибор отвечает следующим техническим требованиям:

• •    соответствие функциональным возможностям космонавта-оператора в скафандре;

• •    сохранение работоспособности в условиях выведения, доставки на МКС и возвращения на Землю, а также воздействия вакуума, знакопеременных температур, микрогравитации;

• •    обеспечение стерильности и гермоизоляции полостей на всех этапах эксперимента.

На рис. 1 показано два общих вида НА в форме моноблоков, причем один изображен с выведенным пробозаборником. НА выполнена из отечественного высокотехнологичного материала «фторопласт-4» (ОСТ В 6-05-810-88) с рабочим диапазоном температур 269^+260 ° С, обладающего тепло-, морозо- и химической устойчивостью, высокими диэлектрическими и антифрикционными свойствами, стойкостью к воздействию верхней атмосферы и солнечной радиации. «Фторопласт-4» не смачивается водой, не подвержен воздействию грибков, не поддерживает горение и непроницаем для жидкости. Этот материал обладает ключевым для КЭ «Тест» свойством — он не поглощает гамма-излучение, что позволяет стерилизовать устройство в собранном виде и, следовательно, исключить его контаминацию живыми организмами на поверхности Земли.

Рис. 1. Приборы «Тест» для отбора проб-мазков: 1 — моноблок в собранном виде; 2 — моноблок с выкрученным пробоотборником

Изготовленные устройства были верифицированы в процессе термовакуумных испытаний с нагревом и охлаждением до эксплуатационных температур и последующей проверкой на герметичность после каждого термоцикла, а также в процессе эргономических испытаний (рис. 2).

Рис. 2. Эргономическая оценка прибора «Тест» испытателем в скафандре