МКС, функционирующая в космосе более 15 лет в агрессивной околоземной среде, сама по себе является уникальным объектом для экспериментальных технических исследований.

Во-первых, только на МКС может быть получена достоверная информация о влиянии космических условий на материалы конструктивных элементов МКС и гермокорпуса, снижающих ресурсные характеристики. Это является необходимой базой для разработки изделий с длительным сроком существования и высокой автономности – например, для марсианского экспедиционного комплекса, лунной или марсианской, орбитальной или напланетной станций.

Во-вторых, внешняя поверхность модулей МКС, существующая на орбите 15 и более лет, является идеальной экспериментальной базой для исследований сохранения и выживаемости земных микроорганизмов в условиях открытого космического пространства и выполнения условий обеспечения планетного карантина для экспедиционных комплексов.

В-третьих, поверхность МКС является эффективной ловушкой космической пыли, собирающей дисперсные частицы из околоземного пространства, включая бактерии и споры грибов. Проблема существования внеземных биосфер, определение верхней границы биосферы Земли и исследование механизма рассеивания биокосмозоля из биосферы Земли в космическое пространство является важнейшим вопросом современного естествознания, ответ на который может быть получен в экспериментах на МКС.

В соответствии с «Долгосрочной программой научно-прикладных исследований и экспериментов, планируемых на российском сегменте МКС» в течение 2010-2014 гг., выполняется космический эксперимент (КЭ) «Тест», направленный на исследование состояния внешней поверхности модулей, определение предпосылок и возможностей возникновения и развития деструктивных процессов на оболочке гермокорпусов и наличия условий для жизнедеятельности микрофлоры на поверхности гермокорпуса.

Участники работы - группа отечественных предприятий:

- постановка эксперимента, организация, оборудование и орбитальные операции: ФГУП ЦНИИмаш (постановщик КЭ), ОАО «РКК «Энергия» имени С. П. Королёва»;

- лабораторные исследования: ГНЦ РФ - ИМБП РАН, ФГБУ «НИИ вирусологии имени Д. И. Ивановского», ФГБУ «Институт прикладной геофизики имени академика Е. К. Фёдорова».

Очевидно, что на поверхности станции могут находиться микроорганизмы, оставшиеся после сборки и выведения модулей на орбиту. При наличии на космической станции системы выброса компонентов воздушной среды после её очистки на поверхность станции могут быть занесены микроорганизмы, содержащиеся в воздухе жилых отсеков. Поверхность МКС является эффективной ловушкой космической пыли, собирающей дисперсные частицы из околоземного пространства подобно тому, как на поверхности самолёта адсорбируются из газовой фазы пылевые частицы, включая бактерии и споры грибов.

Уникальность КЭ «Тест» заключается в отборе микробиологических проб непосредственно с внешней поверхности орбитальной станции. Это отличает данный эксперимент, например, от КЭ «Биориск» и «Экспоуз», в которых биологические тест-объекты доставляются с Земли, экспонируются в специальных контейнерах и имеют защиту от воздействия собственной внешней атмосферы МКС и космозолей встречного потока.

Для реализации программы был создан прибор, удобный для работы космонавта в скафандре. Это моноблок с двумя глухими полостями, в которые ввёрнуты цилиндрические пробоотборники. Для исключения заноса в космос земных бактерий, пробоотборник «Тест» до отправки на МКС автоклавируется и стерилизуется гамма-излучением.

В результате анализа проб, полученных экипажами МКС в ходе ВКД по программе КЭ «Тест» в 2010, 2012, 2013 и 2014 гг., получены уникальные данные, подтверждающие, что на внешней стороне космических объектов могут сохраняться жизнеспособные споры микроорганизмов, устойчивые к неблагоприятным факторам окружающей среды.

В четырёх пробах из одиннадцати были обнаружены бактерии рода Bacillus (B. licheniformis, B. subtilis и B. sphaericus, В. pumilus) в различных зонах отбора и только в местах с выявленным загрязнением поверхности, возможно, служащим средой питания и сохранения от УФ микроорганизмов или обеспечивающих «сцепление» с поверхностью станции. Микроорганизмы выявлены в зонах клапана системы «Воздух» (2010 г.), иллюминатора ВЛ2 на МИМ2 (2013 г.), иллюминатора № 2 СМ (2014 г.).

Анализ молекулярными методами проб с внешней поверхности МКС позволяет определить видовую специфичность обнаруженных микроорганизмов и их происхождение. В зонах конструкции иллюминатора ВЛ2 МИМ2, расположенного навстречу потоку, в 2013 г. были выявлены фрагменты ДНК Micobacteria (гетеротрофного морского бактериопланктона, обитающего в Баренцевом море) и ДНК экстремофильной бактерии Delftia. Получены факты, подтверждающие, что возможен значимый массоперенос морского бактериопланктона до орбит МКС.

Впервые в мировой практике космических исследований космонавтами в процессе внекорабельной деятельности с поверхности станции отбирались пробы-мазки мелкодисперсного осадочного вещества. Пробы помещались в стерилизованный контейнер и доставлялись на Землю. При многопараметрических лабораторных исследованиях были получены уникальные результаты:

- в зоне загрязнения экранно-вакуумной теплоизоляции (ЭВТИ) - около клапана системы очистки воздуха «Воздух» зарегистрирована концентрация летучих органических соединений в 102 - 103 раза превышающее концентрацию этих веществ в атмосфере МКС (2010 г.);

- на поверхности гермокорпуса под ЭВТИ выявлено превышение содержания магния в пробах в 4,5 раза по сравнению с алюминием, что указывает на особенности диспергирования металла сплава и/или возможность процесса коррозии (2012 г.);

-  показано отсутствие гептила во всех пробах (2010 г.);

- установлено, что дисперсный состав космической пыли на поверхности МКС состоит из трёх фракций: микронной (1 мкм и 5 мкм), субмикронной (доминирующая фракция) и наночастиц (2013 и 2014 гг.);

- элементный профиль космической пыли, собранной с поверхности МКС, позволяет предположить значительный вклад тропосферного аэрозоля смешанного - терригенного и морского происхождения (2014 г.);

- масс-спектр органических высокомолекулярных соединений и спектр низкотемпературной флуоресценции показывают наличие биогенных веществ в космической пыли на 2 и 13 иллюминаторе (2014 г.).

Полученные данные о химическом и биологическом составе космической пыли на поверхности МКС позволяют предположить существование механизма «ионосферного лифта», осуществляющего перенос тропосферного аэрозоля с поверхности Земли в верхнюю ионосферу.

Постоянное поступление биогенного материала с поверхности Земли на поверхность МКС требует дальнейшего изучения на предмет коррозионной стойкости материалов поверхности станции в условиях многолетнего комбинированного воздействия химического, биологического загрязнения и радиационного воздействия в условиях околоземного космического пространства.

Для разработки изделий с длительным сроком существования и объектов высокой автономности – например, для марсианского экспедиционного комплекса, лунной или марсианской, орбитальной или напланетной станций чрезвычайно важна достоверная информация о влиянии космических условий на материалы конструктивных элементов МКС, снижающих ресурсные характеристики гермокорпусов, и выполнения условий для обеспечения планетного карантина. В данном исследовании задача из области космической микробиологии совмещается с задачей космического материаловедения по обнаружению признаков деструкции конструктивных материалов, в частности, оболочек гермокорпуса.

Вопросы, решаемые в КЭ «Тест», имеют в настоящее время огромное теоретическое и практическое значение.

Источник: пресс-службы Роскосмоса и ФГУП ЦНИИмаш