Všechno pod kontrolou

Vědci pravidelně připravují ve svých čistých prostorových laboratořích nástroje pro vesmírné mise – zde: předčištění součásti satelitu. (Zdroj: Fraunhofer IPA, foto: Rainer Bez)

Komponenty, které jsou používány při vesmírné misi, musí být pečlivě vyčištěny. Výzkumníci z Fraunhoferova ústavu pro výrobní techniku a automatizaci IPA navrhli na zakázku ESA čistý prostor, ve kterém je možné odstranit dokonce i nečistoty v nanometrovém rozsahu. Společně s partnery čistí a sterilizují odborníci marsovský rover ExoMars, který má být vypuštěn v roce 2018.

Vesmírné mise jsou spojeny s obrovskými náklady. Protože nelétající vesmírná sonda, jakmile je vypuštěna, již nemůže být opravena, nesmí žádná součástka, žádný agregát selhat – jinak by veškeré úsilí bylo marné a vědci by museli čekat mnoho let na náhradní misi. Proto nesmí žádný prach blokovat mechaniku, způsobit zkrat nebo narušit elektroniku. Obzvlášť pečlivě musí být vesmírné sondy čisté, pokud mají hledat stopy života na cizí planetě. Přesně o to jde při evropské marsovské misi ExoMars, jejíž start je plánován na rok 2018. Přistávací modul pak přistane na sousední planetě a vyšle vozítko velikosti smartu. Aby jeho senzory, které hledají život, mohly spolehlivě fungovat, nesmí být na palubě žádný organický materiál z Země. To by mohlo vést k falešným poplachům.

Bezpatogenní komponenty

Že všechny součástky jsou naprosto bezpatogenní a že se v zářezech nezachytávají ani zbytky mrtvých mikrobů, zajišťují výzkumníci z Fraunhoferova institutu pro výrobní techniku a automatizaci IPA na zakázku Evropské vesmírné agentury ESA. Aby bylo možné spolehlivě sterilizovat marsovský rover a zároveň odstraňovat nečistoty v nanometrovém rozsahu, navrhli a zřídili experti ze Stuttgartu pro ESA čistý prostor v nizozemském Noordwijku, sídle Evropského výzkumného a technologického centra ve vesmíru (ESTEC). Tento přibližně 70 metrů čtverečních velký, kontrolovaný čistý prostor splňuje nejvyšší požadavky normy ISO třídy 1. To znamená, že jeden krychlový metr vzduchu obsahuje nejvýše 10 částic o velikosti 0,1 mikrometru. Pro srovnání: ve běžném městském vzduchu se vyskytuje asi 10^10 částic na kubický metr, při smogu je jich ještě více.

Experti z IPA nejenže naplánovali čistý prostor, ale také převzali zajištění kvality, realizaci, kontrolní měření a uvedení do provozu. „V podstatě jsme sestavili komplexní balíček. Určili jsme, jak bude prostor dimenzován, vybrali čistící a sterilizační technologie, zařízení a ventilační systémy, povrchové úpravy podlah, filtrační systémy a sterilizační zařízení a poskytli doporučení pro průmyslové partnery, kteří prostor postaví,“ říká Udo Gommel, vedoucí oddělení čisté a mikro výroby v Fraunhofer IPA ve Stuttgartu. Aby byla zachována nejvyšší úroveň čistoty, musejí zaměstnanci ESA projít několika komorami a vzduchovou sprchou a nosit vysoce čisté oděvy. Uvnitř čistých prostor je mírný přetlak, aby se zabránilo vniknutí nesterilizovaného vzduchu. Navíc zajišťuje laminární proudění vzduchu, které od stropu k podlaze, aby se v místnosti nezdržoval prach, a při rychlosti proudění 50 centimetrů za sekundu je veškerý vzduch v místnosti během několika sekund vyměněn. Částice, které vznikají například třením rukavic ESA inženýra, se rychle ztratí v perforované podlaze.

Čištění oxidem uhličitým ve sněhu

Pro sterilizaci marsovského roveru se osvědčila metoda, kterou dále vyvinuli a patentovali experti z IPA. Původně byla metoda používána v USA k odstranění nátěru z letadlových trupů. Tvrdý paprsek složený z krystalků zmrzlého oxidu uhličitého o velikosti zrn rýže odstraňuje barvu doslova od kovu. Stuttgarťané však tento hrubý přístroj výrazně zdokonalili. Místo ledových krystalů používají sníh z oxidu uhličitého. Hlavní výhoda: paprsek vycházející z trysky je urychlen obalovým proudem dusíku. Tím proniká do všech škvír a odstraňuje i ty nejmenší nečistoty. Jakmile se drobné vločky sněhu dostanou na relativně teplý povrch, promění se v plyn. Jejich objem se při tom explozivně zvětší až 800krát. Explozivní tlak pak dokonale odstraní každý nečistotu. Dokonce je možné tímto způsobem odstranit i otisky prstů. „Čištění sněhem z CO2 je suchá metoda, která neumožňuje napuštění povrchů,“ vysvětluje Gommel výhodu této metody. Podle povahy součástek vědci kombinují tuto metodu s jinými, například s plazmovým nebo utíráním a mytím. Čistý prostor je již v provozu, experti z IPA ho průběžně optimalizují a vybavují upravenou technikou čištění a čištění, optimalizují tok materiálu a radí ESA ohledně provozních nákladů. Kromě ESA prostor využívají i další národní zařízení, například Thales Alenia Space Italy, italská kosmická společnost, pro své vesmírné mise. Poradit si s tímto prostorem si nechávají i další vesmírné agentury, například NASA. „Jsme žádaným a uznávaným partnerem pro tento výzkumný obor,“ říká inženýr. Stuttgartski vědec je členem příslušných komisí, které jsou odpovědné za standardizaci metod čištění. Gommel je aktivní jak v ISO, tj. Mezinárodní organizaci pro normalizaci, tak v ECSS, Evropské spolupráci pro standardy ve vesmíru. Pokud jde o roli IPA v letectví a kosmonautice, rád mluví o „Skrytém šampionovi“. Protože Skrytý šampion znamená nejen tajného vítěze, ale i neznámého světového lídra.