Потомки семян-космонавтов из самарского Ботанического сада, полупроводниковый «спецназ», готовый к самым суровым испытаниям в открытом космосе, и экспериментальная научная аппаратура, созданная учеными Самарского университета им. Королёва, успешно выведены в космос на борту орбитальной лаборатории «Бион-М» №2. Ракета-носитель «Союз-2.1б» с научным космическим аппаратом стартовала с площадки космодрома Байконур вечером 20 августа в 20:13 по московскому времени.

Аппарат «Бион-М» №2 создан в самарском ракетно-космическом центре «Прогресс», а часть его научной аппаратуры и оборудования разработаны и изготовлены в Самарском университете им. Королёва. В подготовке научной миссии, наряду с учеными со всей России, участвовали сотрудники биологического факультета и Ботанического сада университета, Института космического приборостроения и Научно-исследовательского института проблем моделирования и управления.

Программа полета рассчитана на месяц. На борту орбитальной лаборатории находятся мыши, мухи-дрозофилы, грибы, бактерии, клеточные ткани и семена растений из самарского Ботанического сада. Основная цель научной программы – исследование биологического воздействия невесомости и высокого уровня космической радиации на живые организмы на системном, органном, клеточном и молекулярном уровнях.

«Принцессы на горошине»

Для полета на «Бионе-М» №2 в Самарском университете им. Королёва был заранее сформирован отряд семян-космонавтов – специалисты Ботанического сада отобрали партию семян 25 редких растений, занесенных в Красные Книги Российской Федерации и Самарской области.

Отбор проводился по итогам тщательного исследования состояния здоровья семян – их буквально просвечивали насквозь и рассматривали под микроскопом. В числе отобранных к полету оказались, например, семена таких растений, как володушка золотистая, тюльпан Шренка, пион тонколистный, лазурник трехлопастной, мак прицветниковый, качим жигулевский, асфоделина крымская, прострел обыкновенный, катран сердцелистный и некоторые других виды «краснокнижных» редких растений.

В космическую партию также вошли семена двух растений, которые были выращены из семян, летавших на первом «Бионе-М» в 2013 году и благополучно давших всходы по возвращении на Землю, – это семена гвоздики Андржеевского и льна многолетнего. На орбиту отправились «внуки космонавтов», то есть семена этих растений во втором поколении. По итогам нового полета ученые должны оценить, как пребывание на орбите повлияет на всхожесть семян и послеполетное развитие всходов, а также попробуют проанализировать эффект повторяющегося воздействия космических факторов на поколения растений.

За многолетнюю историю освоения космоса семена различных растений не раз оказывались на орбите. Уникальность эксперимента самарских ученых в том, что объектом исследования выбраны семена не сельскохозяйственных культур, а растений природной флоры, тем более редких видов, к тому же часть из них являются «потомками» семян, уже побывавших в космосе. Редкие растения природной флоры физиологически более чувствительны к изменениям окружающей среды, поэтому они, как та сказочная принцесса на горошине, смогут гораздо ярче, сильнее показать влияние факторов космического полета.

Космический «градусник»

Для измерения температуры в контейнерах с биологическими объектами ученые Самарского университета им. Королёва разработали и изготовили космический «градусник» – комплекс научной аппаратуры МРТ-2 (многоканальный регистратор температур). Он не имеет аналогов в России и за рубежом и полностью собран из отечественных электронных комплектующих.

Приборный комплекс ведет подробный температурный дневник в контейнерах, размещенных на внешней поверхности орбитальной лаборатории в условиях открытого космического пространства (температуру в отсеках с мышами и музами измеряет другая аппаратура). Данные фиксируются в широком диапазоне температур – от минус 150 градусов по Цельсию до плюс 150 градусов. Предполагается, что данный приборный комплекс в дальнейшем будет определен в качестве штатной аппаратуры для использования на последующих отечественных орбитальных лабораториях серии «Бион-М».

Орбитальный «климат-контроль»

От космического «градусника» к орбитальному «климат-контролю»: на борту лаборатории работает созданная в Самарском университете им. Королёва научная аппаратура «СИГМА-2». С ее помощью создается комфортный температурный режим для различных биологических объектов – клеточных культур, микроорганизмов и семян растений. Работу этой аппаратуры можно упрощенно сравнить с действием многозонного климат-контроля в автомобиле, когда в разных местах салона машины удерживается различная заданная температура.

Требуемые для проведения экспериментов температурные условия создают разработанные в университете специальные нагреватели особой формы с электрическими спиралями. За температурой внутри блоков следят 15 датчиков. Однако «СИГМА-2» не только «климат-контроль»: она обеспечивает не только заданные температуры, но еще и регулирует состав питательной среды для клеточных культур.

Полупроводник специального назначения

С помощью созданной в Самарском университете им. Королёва научной аппаратуры «Карбон-2» на борту орбитальной лаборатории пройдут испытания прототипов отечественной космической электроники на основе карбида кремния. Этот полупроводниковый материал по твердости уступает лишь алмазу и нитриду бора и считается наиболее перспективным для применения в электронике, работающей в экстремальных условиях – при высоких температурах, гравитационных перегрузках и под воздействием радиации.

В ходе испытаний будут оцениваться характеристики и работоспособность исследуемых приборных структур в условиях открытого космического пространства. После возвращения космического аппарата на Землю будет проведен анализ полученных данных, который позволит спрогнозировать параметры функционирования новых полупроводниковых приборов в условиях космического полета. Как ожидают ученые, приборы на основе карбидокремниевых плёнок могут оказаться на порядок надежнее, точнее и долговечнее своих аналогов, выпускаемых в настоящее время мировой космической промышленностью, и могут найти применение в дальних космических миссиях, например, при полётах на Марс.

Дышите глубже, микрокосмонавты!

Три комплекта важной технологической и научной аппаратуры для орбитальной лаборатории создали сотрудники Института космического приборостроения (ИКП) Самарского университета им. Королёва.

Ученые и инженеры ИКП участвовали в создании важнейшего оборудования биолаборатории – системы жизнеобеспечения (СОЖ). Они разработали для нее блок управления, контроля и коммутации (БУКК СОЖ). Его задача - управлять подачей кислорода и удалением углекислого газа и аммиака, вентилировать подаваемую газовую смесь и контролировать температуру и давление в газовых баллонах. То есть от работы этого оборудования напрямую зависят дыхание и жизнь обитателей орбитальной лаборатории.

Для контроля воздействующих сил, условий проведения экспериментов и оценки возможных источников стресса живых обитателей орбитальной лаборатории при подготовке к запуску, при старте, орбитальном полете и приземлении в ИКП были разработаны два приборных комплекса – «КСКМ-2» и «Монитор-СА».
Так, комплекс «КСКМ-2» измеряет магнитное поле и рассчитывает микроускорения в заданных точках лаборатории. Эти данные помогут точнее оценивать результаты экспериментов, так как в условиях невесомости присутствие даже незначительных микроускорений может оказывать большое влияние на качество исследования.

Приборный комплекс «Монитор-СА» через различные датчики будет фиксировать данные об ускорении, температуре, давлении и уровне магнитного поля внутри спускаемого аппарата биолаборатории, а также будет следить за положением аппарата в пространстве с помощью навигационных приемников. Вся информация о воздействиях и условиях проведения космических экспериментов (исследований) записывается и будет использована при последующем анализе результатов на Земле.

Материал подготовлен при поддержке Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.