20

Содержание:

1. Введение

2. Цель и задачи

3. Космический аппарат «Фотон-М» №4. Технические характеристики.

4. Цель и задачи ОКР

5. Технические требования к научной аппаратуре

5.1 Требования по составу НА

5.2 Требования по показателям назначения

5.3 Общие технические требования к научной аппаратуре

5.4 Общие технические требования к интерфейсам питания

5.5 Интерфейс питания

5.6 Интерфейс управления

6. Эксперименты

6.1 Эксперименты по гравитационной физиологии

6.2 Эксперименты по экзобиологии

6.3 Эксперименты по биотехнологии

6.4 Радиобиологические и радиационно-физические исследования

7. Вывод

Введение

Биологические эксперименты в космических полетах до последнего времени были нацелены, главным образом, на изучение биологического действия невесомости и роли гравитации в процессах жизнедеятельности. Полученные результаты не выявили каких-либо биологических ограничений на пути дальнейшего увеличения длительности пребывания живых систем в условиях невесомости. Подтверждением этого могут служить эксперименты с успешным выращиванием четырех последовательных генераций высших растений в космическом полете.

Помимо этого биологические эксперименты в космосе позволили более глубоко проникнуть в понимание роли земной гравитации в функционировании сердечно-сосудистой системы, костно-мышечной системы, анализаторных систем организма.

В настоящее время в нашей стране и за рубежом развертываются работы по подготовке будущих пилотируемых космических полетов на Луну и Марс с постепенным увеличением сроков пребывания экипажей на поверхности этих небесных тел. В этой связи цели и задачи биологических экспериментов в космических полетах будут существенно расширены. Наряду с продолжением экспериментов по гравитационной биологии предусматривается существенное расширение перечня полетных экспериментов по радиационной биологии, магнитобиологии, экзобиологии и по проблемам создания биологических систем жизнеобеспечения.

Основные направления предстоящих исследований по гравитационной биологии: физиологические, клеточные и молекулярные механизмы влияния невесомости, лунной и марсианской силы тяжести; эмбриогенез, рост и развитие организмов в условиях невесомости; заживление ран и травматических повреждений в условиях невесомости; сочетанное воздействие на организм невесомости и других факторов космического полета и космического пространства.

Основные направления исследований по радиационной биологии: мониторинг уровня радиационного воздействия на биообъекты в каждом полете; биологические эффекты таких источников радиации, как радиационные пояса Земли, солнечные и галактические космические лучи; отдаленные биологические последствия комбинированного воздействия хронического облучения в малых дозах и невесомости; биотестирование средств защиты от космической радиации.

Основные направления исследований по магнитобиологии: биологические эффекты гипомагнитной и амагнитной среды обитания; целесообразность и возможность создания искусственного магнитного поля на борту космического аппарата.

Основные направления исследований по экзобиологии: жизнеспособность и выживаемость организмов в условиях открытого космического пространства, на поверхности Луны, Марса и его спутника Фобос; возможность попадания на Землю примитивных форм жизни или ее предшественников в составе метеоритов; возможность абиогенного синтеза макромолекул в условиях открытого космического пространства; отработка технологий по обеспечению карантина планет.

Основные задачи исследований по проблеме создания биологических систем жизнеобеспечения (БСЖО): выбор биообъектов для использования в БСЖО и отработка технологии их культивирования в условиях невесомости и гипогравитации (1/6 и 1/28 g), отработка технологий создания БСЖО; использование БСЖО как тест-системы для оценки качества среды обитания в космических аппаратах и на планетных станциях.

Реализация вышеперечисленных направлений экспериментальных исследований в области космической биологии в период до 2020 г. планируется на борту РС МКС; в многоцелевом лабораторном модуле, который станет составной частью РС МКС; в полете КА «Фобос-Грунт»; в полетах трех биоспутников «Бион-М»; в полете КА «Фотон-М» №4; на борту КА ОКА-Т МКС. Большие возможности откроются для исследований в случае создания КА «Возврат-МКА», который сможет совершать полеты по высокоэллиптическим орбитам, выходя за пределы магнитосферы Земли.

Объектами экспериментальных исследований будут мелкие лабораторные животные, песчанки, рыбы, амфибии, рептилии, насекомые, тканевые и клеточные культуры, одноклеточные организмы, бактерии, высшие и низшие растения, биопрепараты.

Результаты, которые будут получены в планируемых биологических экспериментах, позволят оценить медицинские риски, связанные с будущими длительными орбитальными и межпланетными полетами экипажей; научно обосновать необходимость разработки перспективных средств и методов профилактики неблагоприятного воздействия на организм факторов космического полета и космического пространства. Будут также получены новые научные данные, касающиеся проблем жизни вообще.

Цель и задачи

Цель: проведение  в условиях микрогравитации исследований в области космической технологии и биотехнологии, обеспечивающих получение новых знаний по физике невесомости, получение отработанных технологических процессов производства полупроводниковых материалов, биомедицинских препаратов с улучшенными характеристиками.

Задачи:

• решение фундаментальных задач гравитационной физиологии, экзобиологии, а также прикладных задач по космической биотехнологии радиационной дозиметрии.

• получить результаты в планируемых биологических экспериментах, которые позволят оценить медицинские риски, связанные с будущими длительными орбитальными и межпланетными полетами экипажей; научно обосновать необходимость разработки перспективных средств и методов профилактики неблагоприятного воздействия на организм факторов космического полета и космического пространства.

Космический аппарат «Фотон-М» №4. Технические характеристики

КА «Фотон-М» №4 предназначен для проведения  в условиях микрогавитации исследований в области космической технологии и биотехнологии.

Биологические эксперименты в полете КА «Фотон-М» №4 – это один из этапов решения концептуальных задач Программы фундаментальных космических исследований в период до 2020г.

В полете этого КА, запуск которого намечен на 2013г. планируется проведение экспериментальных исследований, направленных на решение фундаментальных задач гравитационной физиологии, экзобиологии, а также прикладных задач по космической биотехнологии радиационной дозиметрии. Поскольку на борту этого космического аппарата не будет централизованной системы жизнеобеспечения, выбор биообъектов для исследований был предопределен не только целями и задачами экспериментов, но и особенностями газообмена биообъектов, в частности количеством потребляемого кислорода и выделяемой углекислоты.

Особо следует отметить то, что это будет первый самый длительный полет с автоматическим (без участия человека) содержанием достаточно сложно организованных животных на борту космического аппарата.

Увеличение длительности полета КА «Фотон-М» №4 до 60 суток открыло дополнительные возможности для проведения научных исследований на новом технологическом уровне.

Рисунок «КА «Фотон-М» №4»

Технические характеристики космического комплекса «Фотон-М» №4 Средняя высота рабочей орбиты	575 км
Масса космического аппарата	до 6840 кг
Масса научной аппаратуры:
§ устанавливаемой внутри спускаемого аппарата	600 кг
§ устанавливаемой на внешней поверхности космического аппарата	250 кг
Среднесуточное электропотребление научной аппаратуры	900 Вт
Температура внутри спускаемого аппарата	10-30 °С

Цели и задачи ОКР

Целью выполнения ОКР (опытно - конструкторские работы) является создание научной аппаратуры (НА), предназначенной для проведения фундаментальных и прикладных исследований по космической биомедицине, гравитационной биологии, биотехнологии, радиобиологии и радиационной дозиметрии в интересах совершенствования системы медицинского обеспечения длительных пилотируемых полетов и деятельности человека в экстремальных условиях.

Задачами ОКР является:

• разработка научной программы;

• разработка ИД на НА (научная аппаратура);

• разработка КД на НА;

• изготовление макетных образцов НА для КА «Фотон-М» №4 и отработка конструкции ее элементов;

• изготовление опытных образцов НА;

• проведение автономных, биолого-технических, конструкторско-доводочных (КДИ) и других видов испытаний отдельных элементов научной аппаратуры, отработка полетных исследований;

• корректировка РД и КД по результатам испытаний;

• изготовление летных образцов научной аппаратуры;

• проведение испытаний научной аппаратуры при подготовке к полету в составе КА «Фотон-М» № 4;

• проведение экспериментов в полете КА «Фотон-М» № 4 и проведение контрольных наземных экспериментов;

• анализ и обобщение результатов экспериментов, выпуск научно-технических отчетов.

Технические требования к научной аппаратуре

Требования по составу на

Состав научной аппаратуры, ее массогабаритные характеристики, потребляемая мощность, степень автономности и характер управления определяются научной программой, ИД на отдельные виды аппаратуры.

Состав научной аппаратуры, устанавливаемой на КА «Фотон-М» № 4 определяется Исполнителем и может уточняться по согласованию заинтересованных сторон.

Требования по показателям назначения

Научная аппаратура должна соответствовать требованиям «Положения НА-99» и ЕСКД.

НА должна включать средства содержания исследуемых объектов, контрольно-измерительную аппаратуру (КИА) для обеспечения проведения всех видов испытаний, а также, при необходимости, управляющую и измерительную аппаратуру, средства связи НА с бортовыми системами для передачи команд и телеметрической информации.

Общие технические требования к научной аппаратуре

Основные технические характеристики научной аппаратуры

• Время функционирования на участке орбитального

полета (РО Н_сркр=575 км), не более, суток 60

• Масса НА, кг до 90

• Количество команд управления, не более 20

• Среднесуточная мощность, потребляемая НА от

СЭП КА, не более, Вт 150

• Тепловыделение НА (с учетом биообъектов),

не более, Вт 150

• напряжение питания постоянным током, В 27⁺⁵_-4

Работа научной аппаратуры не должна влиять на функционирование другой научной и обеспечивающей аппаратуры.

Примечание - В части п.3.3 определение НА соответствует комплексу аппаратуры разработки ИМБП.

Общие требования к электрическим интерфейсам

Цепи команд управления, питания, информационные, сигнализации и телеметрии научной аппаратуры должны быть выведены на отдельные соединители, гальванически развязаны от корпуса НА и между собой, а сама научная аппаратура должна быть работоспособной при замыкании одной из шин питания КА на корпус вне НА.

Цепи питания, информационные цепи и цепи команд управления должны быть разнесены по дублированным соединителям. В каждый соединитель питания должны приниматься оба полюса питания. С целью исключения аварийных ситуаций при случайном перепутывании подводящих кабелей в процессе их стыковки к БА. Распайка дублированных соединителей по цепям команд управления и цепям питания должна быть идентичной (кроме распайки перемычек для контроля стыковки соединителей).

При этом полюса питания в соединителях должны быть максимально разнесены по контактному полю.

Величина электрического сопротивления изоляции электрических цепей связи научной аппаратуры с системами КА относительно корпуса КА и между любыми электрически разобщенными цепями должна быть не менее

20 МОм при нормальных климатических условиях.

В научной аппаратуре должны быть приняты меры для исключения неправильной стыковки соединителей и заложена возможность контроля правильности подстыковки соединителей методом обтекания. Ток в цепи не более 5 мА. Напряжение на разомкнутой цепи не более 5 В. Сопротивление цепи не более 1 кОм.

Соединители на приборах и ответные части стыкуемых соединителей на кабелях должны иметь одноименную маркировку.

Межблочные кабели изготавливаются разработчиком научной аппаратуры. Длина кабелей согласовывается с разработчиком КА, включая кабели связи КА с НА до зоны, доступной для подсоединения КИА.

Научная аппаратура должна обеспечивать проверку всех связей с бортовой аппаратурой (в том числе и проверку резервирования связей). Если в аппаратуре есть ограничения по времени непрерывной работы, то должно быть обеспечено ее собственное автоматическое отключение.

Для подготовки и испытаний научной аппаратуры в составе КА на заводе-изготовителе КА и на техническом комплексе должна использоваться контрольно-испытательная аппаратура (КИА) научной аппаратуры с лицензионным программным обеспечением.

Научная аппаратура, установленная на КА, может использовать дополнительно сигнализацию на автоматизированный испытательный комплекс КА (АИК КА) о состоянии научной аппаратуры при испытаниях, при этом сигнализация должна формироваться незапитанными контактами при следующих характеристиках цепей сигнализации:

• количество сигналов, используемых НА определяется на этапе разработки рабочей документации;

• входной ток от 10,5 до 24 мА;

• напряжение от 24 до 32 В;

• защита от помех на входе, с амплитудой 15 В;

• минимальная длительность импульсного входного сигнала 10 мс.