STS-65 — миссия программы Space Shuttle корпорации Columbia, запущенная из Космического центра Кеннеди , Флорида, 8 июля 1994 года. Экипаж полёта состоял из 7 человек, командовал полётом Роберт Д. Кабана , который позже возглавил Космический центр Кеннеди . STS-65 — международная научная миссия, в ходе которой Международная лаборатория микрогравитации (IML-2) находилась в 15-дневном космическом полете. [1] 23 июля 1994 года Columbia вернулась в Космический центр Кеннеди.
Международная лаборатория микрогравитации (IML-2) была второй в серии полетов Spacelab (SL), предназначенных для проведения исследований в условиях микрогравитации. Концепция IML позволяла ученым применять результаты одной миссии к другой и расширять масштаб и разнообразие исследований между миссиями. Данные миссий IML вносили вклад в исследовательскую базу для космической станции. [3]
Как следует из названия, IML-2 была международной миссией. Ученые из Европейского космического агентства (ЕКА), Канады, Франции, Германии и Японии сотрудничали с NASA в миссии IML-2, чтобы предоставить мировому научному сообществу множество дополнительных объектов и экспериментов. Эти объекты и эксперименты были смонтированы в двадцати 19-дюймовых стойках в модуле IML 2.
Исследования на IML-2 были посвящены микрогравитации и наукам о жизни. Наука о микрогравитации охватывает широкий спектр деятельности от понимания фундаментальной физики, вовлеченной в поведение материалов, до использования этих эффектов для создания материалов, которые иначе не могут быть созданы в гравитационной среде Земли. В исследованиях в области наук о жизни уменьшение влияния гравитации позволяет изучать определенные характеристики клеток и организмов изолированно. Эти уменьшенные гравитационные эффекты также создают плохо изученные проблемы со здоровьем для космических экипажей, начиная от синдрома космической адаптации до долгосрочных гормональных изменений. На IML-2 эксперименты в области науки о микрогравитации и наук о жизни были взаимодополняющими в использовании ресурсов SL. Наука о микрогравитации, как правило, в значительной степени опирается на мощность космического корабля, в то время как науки о жизни предъявляют наибольшие требования к времени экипажа.
Эксперименты и объекты в области естественных наук на IML-2 включали: блок экспериментов с водными животными (AAEU) в стойке 3, биостойку (BR) в стойке 5, биостэк (BSK) в стойке 9, программу длительной медицинской помощи на орбитальном аппарате (EDOMP) и исследования изменений позвоночника в условиях микрогравитации (SCM) в центральном отсеке, устройство отрицательного давления в нижней части тела (LBNPD), микробный пробоотборник воздуха (MAS), рабочую станцию оценки производительности (PAWS) в средней палубе, медленно вращающийся центрифужной микроскоп (NIZEMI) в стойке 7, устройство радиационного мониторинга в реальном времени (RRMD) и термоэлектрический инкубатор (TEI) — оба в стойке 3.
Микрогравитационные эксперименты и установки на IML-2 включали: прикладные исследования методов разделения (RAMSES) в стойке 6, блок пузырьков, капель и частиц (BDPU) в стойке 8, установку критической точки (CPF) в стойке 9, установку электромагнитной бесконтейнерной обработки (TEMPUS) в стойке 10, установку электрофореза свободного потока (FFEU) в стойке 3, большую изотермическую печь (LIF) в стойке 7, квазистационарное измерение ускорения (QSAM) в стойке 3, систему измерения ускорения в пространстве (SAMS) в центральном отсеке и экспериментальную систему с виброизоляционным боксом (VIBES) в стойке 3.
Другие полезные нагрузки в этой миссии: Advanced Protein Crystallization Facility (APCF), Commercial Protein Crystal Growth (CPCG), Air Force Maui Optical Site (AMOS) Calibration Test, Orbital Acceleration Research Experiment (OARE), Military Application of Ship Tracks (MAST), Shuttle Amateur Radio Experiment-II (SAREX-II). Columbia летала с поддоном Extended Duration Orbiter (ED0), и не было установлено RMS Arm. Это был также первый полет модификации коробки крутящего момента двери грузового отсека на Columbia и первый полет нового программного обеспечения главного двигателя OI-6.
Вторая из серии полезных нагрузок Международной лаборатории микрогравитации (IML-2) была запущена в ходе миссии STS-65 космического челнока Columbia 8 июля 1994 года. Пробыв на орбите вокруг Земли 15 дней, челнок приземлился 23 июля. В состав экипажа из семи человек входила японская астронавт Тиаки Мукаи, которая стала первой японкой в космосе. [4]
Помимо NASA, Европейское космическое агентство ( ESA ) и космические агентства Японии ( NASDA ), Канады ( CSA ), Германии (DLR) и Франции (CNES) спонсировали эксперименты в рамках миссии. Исследователи из 13 стран приняли участие в исследовании поведения материалов и жизни в условиях микрогравитации. [5]
Полезная нагрузка IML-2 состояла из более чем 80 экспериментов в области микрогравитации и естественных наук, включая пять экспериментов в области естественных наук, разработанных американскими исследователями. Из них Исследовательский центр Эймса спонсировал два эксперимента с использованием тритонов и медуз. Космический центр Кеннеди (KSC) спонсировал эксперимент PEMBSIS, предназначенный для изучения эмбриогенеза растений в условиях микрогравитации. [5]
Целью эксперимента с тритонами было изучение раннего развития органов восприятия гравитации (см. рисунок). Утрикулюс и саккулюс — специализированные органы, присутствующие во внутреннем ухе всех позвоночных животных. Они содержат отолиты (или отоконии ), камни из карбоната кальция , которые откладываются на желатиновой мембране, которая лежит над сенсорными волосковыми клетками. Тяга, которую гравитация оказывает на отолиты, ощущается волосковыми клетками, и информация о гравитационном стимуле передается в мозг через соединительные нервные волокна. Эксперимент был разработан, чтобы определить, могут ли быть изменены производство отолитов и развитие отолит-ассоциированных рецепторных клеток и нервных волокон в условиях микрогравитации космоса.
Эксперимент с медузами был разработан для изучения поведения и развития в космосе. Изучаемые поведенческие параметры включали плавание, пульсацию и ориентацию. Изучение процессов развития было сосредоточено на органах, воспринимающих гравитацию. Эксперимент также стремился определить уровень искусственной стимуляции гравитации, необходимый для противодействия любым негативным эффектам космического полета.
Целью эксперимента по эмбриогенезу растений (PEMBSIS) была оценка того, влияет ли космический полет на структуру и прогресс развития эмбриональных лилейников от одной четко определенной стадии к другой. Он также исследовал, были ли изменены клеточное деление (митоз) и поведение хромосом космической средой.
В эксперименте с тритонами использовались взрослые особи и личинки вида японский краснобрюхий тритон ( Cynopus pyrrhogaster ). Этот вид был выбран для исследования отчасти потому, что вестибулярная система очень молодых тритонов проходит большую часть своего развития в период времени, эквивалентный запланированной продолжительности миссии. Кроме того, взрослых самок можно заставить откладывать яйца, вводя им гормон. Их яйца развиваются на орбите и созревают в условиях микрогравитации, чтобы предоставить ученым образец эмбрионов, которые прошли раннее развитие в условиях микрогравитации.
Объектами эксперимента с медузами служили лунные медузы (Aurelia aurita). Исследовались как стадии сидячего полипа, так и стадии свободноплавающей эфиры медузы.
В эксперименте PEMBSIS изучались эмбриогенетически компетентные клетки лилейника (Hemerocallis cv. Autumn Blaze).
Взрослые особи и личинки тритонов были размещены в водных резервуарах кассетного типа в Aquarium Package в Aquatic Animal Experiment Unit (AAEU), разработанном NASDA, японским космическим агентством. AAEU — это блок жизнеобеспечения, который может поддерживать жизнь рыб и других водных животных в течение как минимум 19 дней в Spacelab. Он состоит из основного блока, Aquarium Package и Fish Package, каждый из которых имеет независимую систему жизнеобеспечения. В IML-2 каждая кассета содержала контейнер для яиц с отдельными отверстиями для яиц (диаметром 6 мм, глубиной около 12 мм).
Медленно вращающийся центрифужной микроскоп и система камеры Nizemi, разработанные немецким космическим агентством DLR (ранее DARA), использовались для изучения и видеосъемки поведения эфиров и полипов медуз при 15 различных уровнях G и температуре 28 °C (для облегчения плавательной активности). Nizemi обеспечивает наблюдение за образцами при различных уровнях ускорения от 10–3 до 1,5 G и контролируемой температуре от 18 до 37 °C.
Медузы были размещены в контейнерах Biorack Type I в установке Европейского космического агентства Biorack. Описание установки и контейнеров см. в IML-1.
Модуль холодильника/инкубатора (R/IM) содержал фиксированные образцы медуз. R/IM — это блок хранения с контролируемой температурой, который перемещается в средней палубе шаттла и поддерживает охлажденную или нагретую среду. Он разделен на две полости для хранения и может содержать до шести полок для размещения экспериментального оборудования. Регистратор температуры окружающей среды (ATR-4) был помещен внутрь R/IM. Общее описание ATR-4 см. в IML-1.
В эксперименте PEMBSIS использовалось оборудование, предоставленное Национальным агентством по развитию космического пространства (NASDA) Японии. В рамках набора для культивирования клеток в области естественных наук NASDA в этом эксперименте использовались шесть камер фиксации растений (PFC), похожих на чашки Петри. PFC использовались для хранения культивируемых растительных клеток для эксперимента PEMBSIS. Эти контейнеры полностью герметичны. PFC позволяют фиксировать растительные клетки, подвергшиеся воздействию космического полета, на орбите путем введения химического фиксатора с помощью шприца через порт с перегородкой.
Культуры клеток PEMBSIS были подготовлены примерно за неделю до запуска. Двенадцать камер были заполнены полутвердой средой. Шесть были доставлены в KSC и хранились в неосвещенном инкубаторе при температуре 22±2 °C до загрузки в шаттл. Остальные шесть использовались в качестве наземного контроля.
Примерно за 36 часов до запуска 148 предварительно оплодотворенных яиц тритона были загружены в три кассеты AAEU. Четыре взрослых тритона также были загружены в кассеты; две кассеты содержали по одному тритону, а третья — двух. Свежая, аэрированная вода при 24 °C непрерывно циркулировала через установку. Подобная установка поддерживалась в KSC в качестве наземного контроля.
За двадцать четыре часа до запуска четырем группам по шесть полипов медуз в каждой давали йод в искусственной морской воде (ИСМВ), чтобы вызвать стробилизацию полипов в форму эфиров.
Незадолго до полета образцы медуз были загружены в 10 кювет Nizemi, содержащих ASW, и помещены в контейнеры типа I. Для изучения поведения группа нормальных эфир и группа эфир без статолитов были помещены в инкубатор Biorack 22 °C. Третья группа эфир была помещена в центрифугу Biorack 1-G. Для изучения развития использовались две группы полипов. Одна группа была помещена в инкубатор, а другая — в центрифугу 1-G. Аналогичный набор оборудования поддерживался на наземном пункте управления KSC.
Регистратор температуры окружающей среды (ATR-4) — это автономный прибор с питанием от батареи, размером примерно с колоду карт. Его можно разместить практически в любой среде (не погружая в жидкость), чтобы обеспечить запись до четырех каналов данных о температуре. [7]
На 6, 8 и 11 дни полета экипаж проводил видеонаблюдения за яйцами тритонов, чтобы задокументировать скорость развития. Экипаж также проводил наблюдения за взрослыми тритонами в определенное время. На пятый и девятый дни полета взрослый тритон был найден мертвым, что привело к потере некоторых яиц из-за загрязнения. Оставшиеся два взрослых тритона пережили полет и были извлечены живыми после приземления.
Одна кювета из каждой группы эфиров и полипов медуз снималась на видео на вращающемся микроскопе/центрифуге с интервалами в течение миссии, чтобы определить порог G для плавательного поведения эфиров. На пятый день полета были зафиксированы как полетная, так и наземная контрольная группы эфиров со статолитами, вылупившимися на Земле. На 13-й день полета были зафиксированы две из четырех групп полипов, которые были вызваны стробиляцией. Оставшиеся эфиры и полипы были возвращены на Землю для послеполетного анализа.
Для сравнения между группами, зафиксированными в полете и на земле, в эксперименте PEMBSIS экипаж зафиксировал некоторые культуры незадолго до посадки. Фиксатором был трехпроцентный раствор глутаральдегида (баланс воды). Каждая камера была зафиксирована инъекцией фиксатора объемом 20 мл.
Кассеты с тритонами были извлечены примерно через шесть часов после приземления. Некоторые личинки были зафиксированы и сохранены для последующего анализа, в то время как некоторые были протестированы, чтобы оценить, как космический полет повлиял на усиление отолито-окулярного рефлекса, и измерить объемы отолитов и площади связанных с ними сенсорных эпителиев.
Живых медуз подсчитывали, кодировали и фотографировали, начиная с пяти часов после полета. Частота пульса, количество рук, ропалий и статолитов подсчитывались в каждой из эфир. Те, у кого была аномальная пульсация, были сняты на видео после приземления и еще раз примерно через 24 часа. Некоторым из летающих и контрольных медуз дали возможность сформировать клонов, которые затем были исследованы на количество рук и другие структурные различия.
После того, как камеры для культивирования клеток PEMBSIS были извлечены из шаттла, образцы живых клеток и соматических эмбрионов были сфотографированы, подсчитаны и химически зафиксированы в течение девяти часов после приземления, до того, как их первый цикл деления на Земле был завершен. Хромосомы были измерены и сравнены внутри и между культурами.
Согласно морфологическому анализу, как летающие, так и наземные контроли развивались с одинаковой скоростью. Анализ трехмерных реконструкций показал, что личинки, выращенные в полете, имели больший средний объем эндолимфатического мешка (ES) и протока, а также больший средний объем отоконий в мешке по сравнению с наземными контролями на той же стадии. Более того, появление отоконий в ES было значительно ускорено у личинок, выращенных в условиях микрогравитации. [8]
Эфиры, которые развивались в условиях микрогравитации, имели значительно больше аномальных чисел рук по сравнению с полетом в условиях 1-G и наземным контролем. По сравнению с контрольными образцами, значительно меньше эфир, которые развивались в космосе, плавали при тестировании после полета. Полипы, почковавшиеся в космосе, производили больше почек и опережали по уровню развития наземный контроль. Хотя развитие через почкование и через метаморфоз проходило хорошо в космосе, некоторые медузы, по-видимому, более чувствительны к микрогравитации, чем другие, о чем свидетельствует их аномальное развитие рук.
Цитологические изменения и хромосомные аберрации были обнаружены как в фиксированных в полете, так и в фиксированных на земле клетках полета. Значительное количество двуядерных клеток, клеток, обладающих двумя ядрами, также было обнаружено в образцах полета. Все образцы наземного контроля были одноядерными .
По крайней мере, двое из четырех взрослых тритонов погибли во время путешествия. Смерть первого тритона была приписана просто стрессу. Второй мертвый тритон был найден Дональдом А. Томасом поздно вечером в воскресенье 17 июля 1994 года во время проверки резервуаров, однако вторая смерть была названа «странной» в комментарии доктора Майкла Видерхольда, ученого на земле. В то время было сказано, что будет трудно извлечь тритона из резервуара из-за невесомости, но мертвое животное может загрязнить резервуар, если его оставить внутри. [9] Тритоны были японскими краснобрюхими тритонами ( Cynops pyrrhogaster ). [10]
В статье использованы материалы, являющиеся общественным достоянием, с веб-сайтов или документов Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства .
Ни одна из ссылок на эти ресурсы не работает.
