В Самарском университете работают над созданием биомодуля для наноспутников

Коллектив исследователей Самарского университета в лабораторных условиях испытывает возможности прототипа автоматического модуля для проведения биологических экспериментов на околоземной орбите. Биомодуль создается в соответствии со стандартами CubеSat и предназначен для размещения на борту наноспутника или малого космического аппарата. 


 

До сих пор наноспутники применялись в основном для изучения земной поверхности и атмосферы Земли, а также космического пространства и факторов его воздействия на техногенные объекты. В научной литературе описано лишь три эксперимента с объектами живой природы, осуществленных на КА класса наноспутников. 

В настоящее время биологические исследования на орбите проводятся главным образом либо на борту МКС, либо на больших научных спутниках, таких как российские космические аппараты серии «Бион». Ввиду сложности создания подобных космических аппаратов, они запускаются не часто: предыдущий «Бион-М» был отправлен на орбиту в 2013 году, а запуск следующего ожидается не ранее 2021 года. 

Использование наноспутников позволяет повысить эффективность биологических исследований за счет относительно небольшой стоимости проведения экспериментов и увеличения их числа и, как следствие, возможности быстрой корректировки программы исследований по полученным результатам. Кроме того, наноспутники дают возможность проведения тестовых экспериментов с целью отработки методов и методик биологических исследований на спутниках класса «Бион», а также позволяют создавать условия экспериментов, отличные от условий на МКС (например, уменьшенная микрогравитация за счет малой собственной массы, увеличенный радиационный фон). 

Немаловажным также является возможность реализации биологических экспериментов на неисследованных до настоящего времени орбитах и участках космоса. Например, в рамках лунной программы бионаноспутники могут быть выведены на разных участках трассы полета Земля-Луна. Это позволит изучить влияние условий открытого космоса, которые сложно смоделировать на Земле, и знания о которых крайне важны для планирования длительного межпланетарного полета человека и (или) организации Лунной базы.

В рамках работ по созданию биомодуля было проведено множество биологических экспериментов, направленных на отбор тестовых биообъектов, в которых изучались особенности жизненного цикла и метаболизма потенциальных кандидатов для демонстрационного эксперимента в космосе - насекомых, высших растений, водорослей, одноклеточных и многоклеточных грибов, бактерий, простейших, коловраток, червей, клещей и насекомых. Были разработаны средства контроля состояния биообъектов и система обеспечения их жизнедеятельности. Полученные результаты позволили сформировать концепцию универсального биологического модуля для наноспутников семейства SAMSAT, который позволит проводить исследования в области как фундаментальных, так и прикладных вопросов биологии и медицины. 

Прикладные аспекты касаются производства в космических условиях пищи и медикаментов, строительных материалов и топлива, а также создания пригодных для жизни условий и их восстановления в случае неполадок или аварий. В перспективе, речь идет не только о базовых составляющих обитаемой среды – некоторые изучаемые организмы могут использоваться для производства высокотехнологичных мембран, фильтров, пленок и сенсоров. Наноспутники-носители биомодулей это не только плацдарм для предварительных исследований, но и самостоятельный научно-технический проект, который позволит получить важные данные в таких областях, как теория эволюции, генетика, экология, палеоэкология, бионика, биотехнология, этология и др. 

Несмотря на то что разрабатываемый самарскими учеными биомодуль ограничен по габаритам (75х75х135 мм), массе (до 3,5 кг), потребляемой энергии и объему информации, передаваемой на Землю (до 1 мегабайта в сутки), он включает несколько весьма сложных по своим функциям систем. Они позволяют контролировать газовый состав среды, давление, температуру и влажность в замкнутом объеме, фотографировать стадии развития биообъектов в автоматическом режиме, регулировать температуру и их освещенность по заданной программе или вручную, а также сохранять и передавать результаты экспериментов в центр управления полетами для дальнейшего анализа.

По словам руководителя проекта заведующего кафедрой лазерных и биотехнических систем Самарского университета Валерия Захарова, прототип биомодуля сейчас испытывается в лабораторных условиях. После проведения полного цикла испытаний планируется демонстрационный эксперимент на орбите, в котором будет изучаться реакция различных биообъектов на действие факторов космической среды. Успешная реализация эксперимента позволит Самарскому университету предложить заинтересованным сторонам как в России, так и за рубежом, универсальную платформу, обладающую широким функционалом для проведения различных медико-биологических исследований в космосе.

 

Для справки

Для Самарского университета создание малых космических аппаратов-лабораторий на базе унифицированных платформ различной массы и энерговооруженности - системообразующее направление научных исследований и подготовки специалистов. Совместно со стратегическим партнером - АО «РКЦ «Прогресс» университетом создана орбитальная группировка малых космических аппаратов (МКА) научно-образовательного назначения серии «АИСТ». Данная группировка функционирует с 2013 года и является частью распределенной космической лаборатории с наземным и космическим сегментами. Сейчас на орбите находятся два МКА «АИСТ» первого поколения и МКА дистанционного зондирования Земли «АИСТ-2Д». 

На этих спутниках реализован целый ряд экспериментов в области изучения влияния различных факторов космического пространства на объекты земного происхождения с помощью научной аппаратуры, созданной учеными Самарского университета, в том числе:

масс-спектрометрический датчик анализирует собственную внешнюю атмосферу МКА, датчик частиц служит для изучения процессов постепенного разрушения образцов поверхностных элементов под влиянием космической среды.

комбинированная аппаратура предназначена для изучения параметров солнечных и литиевых батарей, а также волоконно-оптических датчиков перемещения.

компенсатор микроускорений решает задачи ориентации и стабилизации МКА в космическом пространстве, комплекс «Метеор-М» предназначен для изучения микрометеоритов и частиц космического мусора.

Кроме того, на разработанном в РКЦ «Прогресс» КА «Бион-М» биологи Самарского университета провели эксперимент для изучения возможности создания в космосе резервного хранилища семян земных растений, так называемых орбитальных “семенных банков”. Они отправили на орбиту семена дикорастущих растений, подвергнув их воздействию факторов космического пространства. По возвращении на Землю эти семена были высажены в открытый грунт Ботанического сада Самарского университета. Как показали наблюдения, растения, полученные из семян, которые находились на поверхности КА (без защиты от радиации и с минимальным уровнем микрогравитации), оказались не слабее своих собратьев с Земли.