Космонавтика - биологии
Проект "Бион-М"
В.Н. СЫЧЁВ,
доктор биологических наук,
заместитель директора по науке ИМБП РАН
Е.А. ИЛЬИН,
доктор медицинских наук
главный научный сотрудник ИМБП РАН
После 16-летнего перерыва в нашей стране возобновились запуски в космос биоспутников - автоматических космических аппара-(у) тов, предназначенных
для проведения в орбитальных полетах комплексных биомедицинских экспериментов на различных представителях животного и растительного мира. В 2013 г. начался новый этап физиологических и биологических экспериментов в космосе с использованием современных технологий. Основная задача 30-су-точного полета КА "Би-
он-М" № 1 - изучение влияния невесомости на физиологические функции организма животных на тканевом, клеточном и молеку-
лярном уровнях. Получен большой объем научной информации, важной для теории и практики космической медицины.
НЕМНОГО ИСТОРИИ
Успехи медицины в диагностике, профилактике и лечении многих заболеваний теснейшим образом связаны с экспериментами на живот-
22
ных. Не исключение и космическая медицина, научный фундамент которой создается в лабораторных экспериментах на животных, но глав-
ное - при исследованиях в космических полетах.
В нашей стране физиологические эксперименты в космосе ведутся с 1951 г. в полетах геофизических ракет.
© Сычёв В.Н., Ильин Е.А.
Собака Лайка при подготовке полета второго советского ИСЗ. 1957 г.
В качестве основных объектов исследований выбрали беспородных СОбак. В 1951-1958 гг. осуществлено 29 запусков ракет на высоту 110460 км, на их борту размещались собаки (Земля и Вселенная, 1996, № 6; 1997, №6). Полеты показали, что собаки нормально переносили ускорения и вибрации при запуске и возвращении на Землю, невесомость, продолжавшуюся не более 20 мин. Существенных отклонений от нормы в поведении,частоте сердечных сокращений и дыхания не отмечалось. Все это вселяло надежду на скорый полет человека в космос.
В ноябре 1957 г. такая уверенность получила экспериментальное подтверждение. Исторический полет собаки Лайки на втором ИСЗ показал, что при воздействии ускорений и в условиях невесомости регистрируемые физиологические показатели не выходили за границы нормы. К сожалению, из-за постепенного
Стрелка и Белка перед полетом на втором космическом корабле-спутнике. 1960 г.
повышения температуры воздуха в гермокабине до +41 ° С примерно через 4,5 ч полета животное погибло от перегрева. Тем не менее биомедицинская информация, полученная
в этом полете, ускорила создание космических кораблей "Восток" для полетов человека.
В 1960 г. начались летно-конструкторские испытания КК "Восток",
в полетах проводились эксперименты на собаках, крысах, мышах, кроликах, плодовых мушках и клеточно-тканевых культурах. Наряду с изучением влияния невесомости, длившейся не более 27 ч, испытывались созданные для пилотируемых полетов системы жизнеобеспечения и телеметрического контроля за состоянием организма. Собаки Белка и Стрелка стали первыми существами, благополучно вернувшимися из космоса на Землю.
После первых пилотируемых полетов вплоть до начала 1970-х гг. какие-либо систематические физиологические и биологические эксперименты в космосе по целевым программам не проводились. Лишь в 1973 г. с запуска биоспутника "Бион-1" в нашей стране началась программа регулярных полетов КА "Бион", результаты которых позволили усовершенствовать системы
24
медицинского обеспечения космических полетов человека.
В 1973-1996 гг. 11 биоспутников серии "Бион" выполнили полеты длительностью 5-22 сут. На их борту в специально разработанной научной аппаратуре размещались живые системы различных таксономических рангов - от одноклеточных организмов до млекопитающих. В программе "Бион" участвовали специалисты многих европейских стран, США, Канады и Китая. Основными объектами исследований в первых пяти полетах были 212 белых крыс линии Вистар и в последующих шести полетах - 12 обезьян макак-резусов. Крысы представляли несомненное преимущество по сравнению с беспородными собаками. Они генетически однородны, имеют малые размеры и массу, их анатомия, физиология и биохимия хорошо изучены. На борту
Крысы в контейнерах и обезьяна, совершившие полеты по программе "Бион". 1973-1996 гг.
биоспутника можно было разместить до 45 крыс и в одном полете выполнить одновременно несколько экспериментов на различных группах этих животных. В те годы крысы были идеальным объектом изучения влияния факторов космического полета на структурно-функциональное состояние различных тканей и органов, то есть морфологических и биохимических исследований. Обезьяны макаки-резусы были запущены для физиологических исследований, в первую очередь вестибулярной системы, кровообращения и мышечной системы. Анатомия и физиология этих животных хорошо изучены, поведение и физиология делала
их предпочтительными объектами при исследовании физиологических механизмов влияния невесомости на организм с последующим прямым переносом полученных результатов на человека.
Установлено, что в условиях невесомости возникают существенные изменения во многих физиологических системах организма, в первую очередь в сенсорной, сердечно-сосудистой, мышечной и костной. Суть этих изменений от полета к полету становилась во многом более понятной, что позволило обосновать ряд практических рекомендаций по профилактике неблагоприятных изменений в организме человека в условиях длительного космического полета.
Программа "Бион" началась в период, когда в нашей стране приступили к эксплуатации долговременных орбитальных станций "Салют" и результаты исследований на животных и других биообъектах были использованы при медицинском обосновании возможности осуществления человеком космического полета продолжительностью до года.
Сегодня наступил новый этап в развитии отечественной и мировой космонавтики - подготовка к полетам на Луну, Марс и астероиды с соз-
данием на этих небесных телах обитаемых баз. Новые стратегические планы освоения космоса поставили перед космической биологией и физиологией новые задачи, их решение возможно лишь при использовании самых современных технологий исследований и выборе наиболее адекватных экспериментальных биологических моделей.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЕКТА "БИОН-М"
В будущих межпланетных полетах экипажей становятся актуальными такие нерешенные проблемы, как биологические последствия комбинированного воздействия невесомости и ионизующей радиации в повышенных дозах, влияние гипомагнитной среды, биологические эффекты лунной и марсианской силы тяжести, создание перспективных средств жизнеобеспечения и профилактики неблагоприятного влияния факторов полета на различные функциональные системы организма. Ключевой задачей стало изучение реакций организма на клеточном и молекулярном уровнях. Этому уделено первостепенное внимание при реализации научной программы в новом проекте "Бион-М".
Научная программа "Бион-М" состоит из че-
тырех основных частей. Первая часть посвящена исследованиям по гравитационной физиологии животных. Вторая - изучению влияния динамических факторов полета и открытого космоса на микроорганизмы и микробные ассоциации, что позволит выйти на общие закономерности функционирования жизни во Вселенной. Третья часть включала биотехнологические эксперименты. Четвертая часть представляла собой комплекс радиобиологических и дозиметрических экспериментов, необходимых для решения задач обеспечения радиационной безопасности при полетах человека по межпланетным трассам.
Запуск в космос первого биоспутника серии "Бион-М" через 16 лет после полета биоспутника "Бион-11" - важное событие в мировой космонавтике и свидетельство признания научно-практической значимости космической биологии и физиологии. Как и предыдущие биоспутники, "Бион-М"создан в Ракетно-космическом центре "ЦСКБ-Прогресс" (Самара). И МБП РАН разрабатывал бортовую научную аппаратуру, отбор и подготовку биообъектов к полету, реализовывал комплексную программу. В ней участвовали специалисты из 70 научных и образовательных учреждений России, а
25
Платформа средств отделения
Панель солнечной батареи
Система отделения Р1у Ма(е (Франция). Масса 8.5 кг. в том числе 1 МКА массой 1 кг
Система отделения 3U IS IPOD (Нидерланды). Масса 6 кг, в том числе 1 МКА массой 4 кг
Система отделения £СМ SPL Assembly (Германия). Масса 9,3 кг, в том числе 3 МКА массой 1 кг кавдыи
Спускаемый аппарат
Приборный отсек
Агрегатный отсек
также ученые Болгарии, Германии, Казахстана, США, Украины, Франции и Южной Кореи.
КА "Бион-М" массой 6840 кг имеет ряд принципиальных отличий от своего предшественника, поэтому он считается биоспутником нового поколения. В первую очередь его усовершенствование связано с установкой панелей солнечных батарей, что увеличивает возможности энергоемкой научной аппаратуры и продолжительность полета до 30 и более суток. "Би-он-М" оснащен жидкостным двигателем многократного использования, обеспечивающим вывод КА на более высокую орбиту. Применена также новая система поддержания требуемого состава газовой среды
26
на борту с использованием размещаемых снаружи биоспутника баллонов с кислородом под повышенным давлением и фильтров очистки воздушной среды.
Все биообъекты были доставлены на космодром "Байконур" чартерным рейсом самолета за 7 сут до старта. За 3 сут до старта после предполетной подготовки биообъектов и научной аппаратуры их разместили в спускаемом аппарате КА "Бион-М". 19 апреля - 19 мая 2013 г. КА "Бион-М" № 1 совершил полет на орбите высотой 564 х 589 км, с наклонением 64,9° и периодом обращения 96,1 мин. Это был первый в мире полет ИСЗ с биологическими объектами длительностью 30 сут. На борту биоспутника поддержи-
Устроиство космического аппарата "Бион-М". Рисунок "ЦСКБ-Прогресс".
вались относительная влажность в среднем 66%, температура +20-22°С. В связи с существенным повышением высоты орбиты и возрастанием интенсивности радиационного излучения проводился контроль облучения различных биообъектов, размещенных внутри спускаемого аппарата (СА) и на его наружной поверхности. Интегральная поглощенная доза за весь п
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.