太空總署的難題:如何避免污染火星?

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2020 年 4 月 6 日位於甘迺迪中心的「毅力號」太空船。 圖片來源:NASA

去年 7 月 30 日美國太空總署發射火星探測船「毅力號」(Perseverance Rover),穿越接近 3 億英里的距離,於美國時間本月 18 日登陸火星,再創歷史壯舉。正值全球瘟疫蔓延之際,登陸火星的探索,又引起有關「星際污染」的擔憂。太空總署的防護措施,能否為地球的防疫戰所借鑑?

為免將地球上的微生物帶到火星,太空總署過去多年來都在不斷研究清潔和消毒方法,以確保火星不會遭到污染,首要在於保證探測船本身能抵禦任何污染,譬如人體所帶的大腸桿菌或者皮膚上的任何物質。太空總署行星保護工程師 Moogega Stricker 直指,人體等如細菌的坑渠,而她所負責的正是防止地球與火星之間出現生物交叉感染,包括回航過程中,會否攜回外星微生物。 

早在岩士唐(Neil Armstrong)登月之前,美國、蘇聯和英國於 1967 年冬天簽署了「外太空條約」(Outer Space Treaty, 至今已有逾百個國家參與。這項條約除了禁止在太空中使用核武器,不允許任何國家佔領外太空星體(包括月球)之外,還要求簽署國在探索過程中避免這些星體受到有害污染。

1959 年,在太空總署啟動首個太空探測計劃之前,美國國會出台相關法令,要求所有進入太空的物品必須「殺菌」,需要殺死或清除太空船內部和外表所有微生物。太空總署於是求教於食品行業,他們在消毒領域可稱得上專家。

結果卻未如人意。1960 年代初,當太空總署著手執行無人探測船「遊騎兵號」登月計劃時,曾試圖以高溫烘烤太空船,雖然可以徹底消毒,但有意見認為,高溫對電子儀器非常有害。事後固然已無法證明,很多人依然認為「遊騎兵」計劃表現失準,正是因為這個烘烤消毒的方法。連太空總署也承認,烘烤有可能使 3 號船的電子儀器受干擾,而錯過登月目標;或引致 4 號船內部熔化產生碎片,最終使其在月球墜毀;而 5 號船則停電。

到太空總署開始研究「水星號」和「阿波羅號」載人太空船計劃時,最受關注的不是消毒,而是將外星危險物品帶回地球的問題。當時美國最富影響力的天文物理學家卡爾薩根(Carl Sagan)也表示:即使月球探險者帶回致命生物的機會微乎其微,風險卻是地球上的生命遭到摧毀。

1968 年左右,「月球接收實驗室」的內部。 圖片來源:NASA

針對太空污染的擔憂,美國國會撥款約 800 萬美元,專門建造「月球接收實驗室」(Lunar Receiving Laboratory),用以隔離太空人和他們帶回來的月球石,經測試分析以確保不會對地球生命造成危害。而事實證明,未有任何從月球上帶回的物質會威脅我們地球人 —— 即使科幻小說通常對此危言聳聽。

載人飛行任務大約在 1970 年代落幕,太空總署的目標轉向太陽系更遠處,這時他們借鑑了武器工業的消毒經驗。

由於導彈需要極快加速,如果電子組件中有塵粒,可能會使導彈在發射過程中卡住。在「遊騎兵」計劃後期,太空總署醞釀了「無塵室」(clean rooms)的構思。1961 年,位於加州帕莎甸娜的「噴射推進實驗室」(Jet Propulsion Laboratory)落成開放,至今仍然是太空總署建造太空船的廠房。1973 年第一批無塵室也在此落成,其中包括衛生標準達 10,000 級的 High Bay 1:即每立方呎空氣中,只有少於 10,000 個 0.5 微米(比頭髮的寬度小 200 倍)的顆粒。

建造無塵室需要大量監控和深層過濾系統,用各類消毒劑(譬如雙氧水和酒精)持續清潔,工作人員則需要穿著全身無塵服、配戴口罩和髮網。嚴格要求不止於此:進入無塵室的技術員和工程師,必須於前一晚沐浴,等皮膚上的油脂穩定而不易脫落。當然也不能使用香水、洗髮水、乳液或除臭劑等任何物品。

六十年來,太空總署歷史上每一架重要的無人太空船,譬如航行者 1 號和 2 號、伽利略號、好奇號,以及當下最新的毅力號,都曾在 High Bay 1(以及後來的 High Bay 2)無塵室內度過。

2020 年 5 月,距離毅力號正式發射還剩兩個多月,即使準備工作已經完成了 95%,但剩餘的工作量依然十分浩繁:包括繼續測試和採樣,過程中共使用 11,601 支棉花棒和 2,543 張濕紙巾。相比之下,2011 年的「好奇號」只使用了 3,208 支棉花棒和 942 張濕紙巾。

這一改變,與去年初開始的肺炎疫症有莫大關係。身為團隊的負責人,Stricker 需要花更多時間去編排更表,以減少工作人員接觸互動的機會,確保所有人都保持健康。

當然,保持太空船完全無菌是不可能的。但是過去的經驗依然有效,即使是高溫烘烤。太空船的大量零件,都經過長達 144 小時、攝氏 110 度的高溫消毒。然而,令人擔心的不是基本細菌(或病毒),而是主要來自人類的細菌內生孢子,通常在人類(或動物)的內臟中找到。譬如比較為人熟知的肉毒桿菌,可以在休眠狀態下繼續存活達一千萬年甚至更久。

因為未來十年之內,太空人很可能登陸火星,人類無法控制身上的微生物,各種消毒法甚至消毒概念本身,其實無法適用於人,畢竟我們是有機生命。