Струей плазмы — по микробам: грязная тайна МКС наконец-то решена

Люди научились делать в космосе практически все. Мы умеем фильтровать мочу в питьевую воду, выращивать салат в невесомости и чинить двигатель в открытом космосе, но до сих пор… не можем постирать носки в условиях микрогравитации.


Парадоксально, но эта бытовая мелочь стала одним из самых непреодолимых препятствий для долгих межпланетных экспедиций. Вода не течет, порошок не пенится, а центрифугу не включить.

Инженеры перебрали десятки вариантов: ультрафиолет, химию, даже бактерии-пожиратели грязи. И неожиданно выиграл вариант, который выглядит как оружие из киберпанка — фиолетовый луч холодной плазмы. Почему ученые из Алабамы говорят, что это лучшее прорывное решение для проблемы стирки в космосе?

Футболка на неделю

На Земле мы меняем рубашку или майку, если чувствуем запах. На Международной космической станции все сложнее: комплект одежды здесь носят не день и не два, а в среднем трое-четверо суток.

А часто и дольше. Верхняя одежда (толстовки, брюки) могут использоваться неделями. И это не скупость и не плохая гигиена. Это жесткие правила доставки.



Ни для кого не секрет, что каждый килограмм груза, доставленный на орбиту, стоит от 10 до 20 тысяч долларов. Вода еще дороже: ее возят в специальных мешках, и каждый литр на счету.

Кроме того, стиральная машина в привычном понимании просто не может работать в невесомости. Вода не омывает вещи, а собирается в летучие сферы. Порошок не растворяется, а превращается в абразивную взвесь. Мыльная пена, легкая и липкая, расползается по всему отсеку, забивая вентиляционные решетки и электронные разъемы.

Поэтому на МКС действует система, которую космонавты без иронии называют «одноразовой». Чистое белье доставляют на грузовых кораблях — «Прогресс», Cygnus, Dragon. Его носят до предела. Потом грязное белье упаковывают в герметичный мешок и складируют в тот же грузовой корабль, который привез свежее.

Когда корабль заполняется мусором, его отстыковывают и отправляют в управляемое падение к Земле. На высоте около 80 километров он сгорает в атмосфере вместе с футболками, носками и трусами. Это красивое и безопасное зрелище, если смотреть с земли. С точки зрения ресурсов — вопиющее расточительство. Но для орбитальной станции, которую снабжают каждые два-три месяца, это приемлемо. Для полета к Марсу — нет.

Холодный фиолетовый убийца

Марсианская экспедиция займет, по оптимистичным оценкам, от 900 до 1100 дней. Туда, пребывание на планете (пока не откроется окно для возвращения), обратно. За это время экипаж из четырех человек использует примерно 800-1000 комплектов сменной одежды, если менять ее раз в три дня. Вес — под 300 килограммов. Это целый дополнительный грузовой отсек, который можно было бы занять научным оборудованием, едой или топливом.

Ученые NASA и российского Института медико-биологических проблем давно бьются над этой задачей. Использовали ультрафиолет, но некоторые споры бактерий выживают, прячась в глубине волокон. Пробовали озонирование, однако агрессивен и разрушает полиэстер. Антибактериальные пропитки работают несколько недель, а потом вымываются потом. Нужно было нечто принципиально иное.

Поэтому в университете Алабамы соседнем Центре космических полетов имени Маршалла инженеры Гейб Сюй и Челси Кассилли пошли другим путем. Они решили не мыть одежду, а просто... выжигать микробы, но без высокой температуры.



Оксюморон? Вовсе нет, так как физика вполне позволяет такое. Если смешать гелий, обычный воздух и водяной пар, а затем пропустить через эту смесь мощный электрический разряд, то на выходе образуется холодная плазма. Температура такое струи примерно равна комнатной. В нее можно засунуть руку и ничего не почувствовать.

Но внутри этой струи образуются ионы кислорода. И это чрезвычайно агрессивные частицы, которые ищут любую органику, чтобы окислить ее.

От лабораторной «пушки» к космической «стиралке»

Ученые говорят: холодная плазма имеет огромное преимущество перед УФ-лучами. Последние могут быть отражены или поглощены верхними слоями споры, а некоторые бактерии имеют ферменты для восстановления поврежденной ДНК. А вот против окислительного стресса у микроорганизмов спасения нет. Кроме того, ионы кислорода настолько малы, что проникают в мельчайшие поры и складки ткани, куда не забираются ни мыло, ни щетки.



Многочисленные тесты подтвердили исключительную эффективность нового метода. Исследователи взяли кусок хлопчатобумажной ткани и заразили его спорами микроорганизмов в концентрации 250 тысяч колоний на миллилитр. После обработки фиолетовой плазменной струей количество спор упало до 60 тысяч на миллилитр, то есть более чем в четыре раза.

Для космических условий этого достаточно, чтобы убрать запах и предотвратить патогенный рост. При этом ткань не пострадала: волокна не обуглились, краска не выцвела. То есть плазма не «стирает» в привычном смысле, а стерилизует, и этого хватает, чтобы освежить вещь.

Пока у устройства есть один серьезный недостаток, который делает его забавным прототипом, но не готовым прибором. Нынешняя версия «плазменной пушки» обрабатывает участок ткани шириной меньше одного сантиметра за один проход. Чтобы почистить всю футболку, пришлось бы водить лучом взад-вперед несколько часов. Это неэффективно.

Поэтому Сюй и Кассилли сейчас проектируют две более практичные версии. Первая — полноценная плазменная стиральная машина. Это герметичная камера, куда загружают одежду и напускают смесь газов, а потом создают электрический разряд, который заполняет весь объем плазмой. Ткани обрабатываются со всех сторон одновременно за несколько минут.

Вторая разработка — вакуумный очиститель с двойной плазменной струей, которым можно будет чистить поверхности, стены и даже мягкую мебель.