Космическая биология

Исследование особенностей прорастания семян растений в условиях микрогравитации (эксперимент GOSUM).

Эксперимент "GOSUM"

Прорастание семян растений в условиях микрогравитации.

Цель эксперимента

Оценка роста семян в условиях космического пространства по сравнению с семенами, выращиваемыми на Земле.

Задача эксперимента

Проращивание семян "Goncalo-alves" (Astronium fraxinifolium) на борту РС МКС.

Используемая аппаратура

В эксперименте используются 4 пакета с десятью семенами Astronium fraxinifolium в каждом.
Два пакета ("Пакет 1 и 2") должны экспонироваться на свету, а остальные ("Пакет 3 и 4") в темноте, для чего они закрыты светонепроницаемыми металлизированными оболочками.
Семена прорастают при температурах в диапазоне от +20 до +30?C и при низкой концентрации O2 (3%).
Активация процесса проращивания осуществляется посредством смачивания семян с помощью прилагаемого шприца с водой.
Для определения скорости прорастания и фенотипа ростков используется фотосъемка, осуществляемая бортовым фотоаппаратом

Биотехнология

Исследование процессов восстановления природной структуры ДНК в невесомости (эксперимент DNARM), изучение влияния условий космического полёта на кинетику ферментативных реакций (эксперимент SMEK), получение информации о взаимодействии скоплений распылённых протеинов (эксперимент NIP).

Эксперимент "DNARM"

Репарация ДНК в условиях микрогравитации

Цель эксперимента

Изучение воздействия высокого уровня радиации на механизмы репа-рации ДНК в условиях микрогравитации.

Задача эксперимента

Изучение влияния УФ-радиации (375 нм) на репарацию ДНК бактерии Escherichia coli К12 в условиях микрогравитации.

Используемая аппаратура

Экспериментальная аппаратура состоит из трех отдельных модулей: камеры УФ облучения ("Модуль облучения"), блока управления ("Элек-тронный модуль управления") и блока вентиляторов ("Вентиляционный модуль").

Камера УФ облучения содержит биологический материал в растворе NaCl (0,9%), который распределен по четырем канавкам (по 1мл). УФ свет с длиной волны 375 нм создается светодиодами. Подача электропитания к модулям облучения и вентиляции, а также контроль параметров процесса осуществляется электронным модулем управления.

Камера УФ облучения, содержащая бактериологический раствор, в пе-риод проведения эксперимента на борту РС МКС не вскрывается. Бактерио-логический раствор содержит непатогенные бактерии, которые являются производными от Escherchia coli K12.

Вентиляционный модуль предназначен для охлаждения УФ камеры, фильтра электромагнитных помех и регуляторов напряжения электронного модуля управления во время процесса облучения.

Эксперимент " SMEK "

Исследование влияния условий микрогравитации на ферментативную кинетику.

Цель эксперимента

Изучение влияния микрогравитации на кинетические параметры фер-ментативных реакций. Исследование различий в гиролизе сахарозы в клет-ках cerevisiae сахаромицеты.

Задача эксперимента

Измерение активности ферментативной реакции на примере трех ферментов (инвертазы, липазы и иммобилизированной липазы).

Используемая аппаратура

Конструктивно экспериментальная аппаратура выполнена в виде блока, состоящего из двух частей: сборки камер и электронной платы, соединенных между собой кабелем.

Электронная плата представляет собой блок управления в виде съемной материнской платы, на которую записывается вся информация о ходе эксперимента
В сборке камер размещены три блока, изолированных друг от друга и заправленных экспериментальными ферментами. В каждом экспериментальном блоке располагается по 5 камер с ферментами.

В первом экспериментальном блоке находится 5 камер с липазой.

Второй блок загружен 5 камерами с иммобилизированной (в кремнии) липазой. Третий содержит 5 камер с инвертазой (из булочных дрожжей).

Каждая ампула заправлена разной концентрацией оливкового масла в водяной эмульсии поливинилового спирта в диапазоне от 100 до 500 мM (миллимолей).

Эксперимент "NIP"

Скопления взаимодействующих протеинов.

Цель эксперимента

Исследование поведения распыленных жидкостей в условиях микрогравитации.

Задача эксперимента

Изучение взаимодействия двух скоплений распыленных протеинов (луцеферина и люциферазы плюс АТР) по их биолюминесцентному изображению.

Используемая аппаратура

Экспериментальная камера NIP представляет собой моноблок, состоящий из восьмиугольной камеры (на каждой грани которой смонтированы акустические распылители SAW) и блока управления.

Из каждой пары распылителей SAW, расположенных напротив друг друга, с помощью акустической волны протеины будут распыляться во внутренний объем камеры. Взаимодействие потоков двух различных протеинов приведет к образованию области биолюминесцентного свечения, которая будет регистрироваться высокоскоростной видеокамерой, установленной на смотровом окне экспериментального блока.

Технические эксперименты

Отработка капиллярного испарителя в условиях микрогравитации (эксперимент CEMEX), миниатюрные проволочные тепловые трубы (эксперимент WMHP), наноструктура в условиях микрогравитации (эксперимент NAPME.)

Эксперимент " CEMEX "

Отработка капиллярного испарителя в условиях микрогравитации.

Цель эксперимента

Проведение термодинамического анализа и оценка технических харак-теристик капиллярного испарителя. Оценка предложенных технологий испарителей для будущего применения в космических условиях.

Задача эксперимента

Проведение испытаний капиллярного испарителя на РС МКС.

Используемая аппаратура

Экспериментальная аппаратура представляет собой моноблок ("CEM Капиллярный испаритель"), состоящий из капиллярного испарителя и управляющего блока электроники.

В конструкции капиллярного испарителя использован двухфазный контур теплопередачи, применяемый для обеспечения терморегулирования спутников.

Контур состоит из испарителя, охладителя и резервуара, соединенных между собой трубками. Тепло, создаваемое в испарителе, переносится рабочей жидкостью к отделению охладителя. Резервуар обеспечивает поддержание температуры внутри контура и необходимых запасов рабочего тела. Вентиляторы обеспечивают охлаждение конденсатора.

Блок электроники состоит из компьютера с одноплатным микропроцессором для сбора данных и регулировки мощности капиллярного испарителя, а также для установки рабочей температуры в резервуаре. В качестве теплоносителя используется 20 мл воды.

Эксперимент " WMHP "

Миниатюрные проволочные тепловые трубы

Цель эксперимента

Изучение процессов динамики жидкости в условиях микрогравитации.

Задачи эксперимента

- Отработка функционирования малогабаритных тепловых труб, заправленных дистиллированной водой.

- Оценка эффективности теплоносителя.

Используемая аппаратура

Аппаратура состоит из одного блока (" MHP Модуль минитепловых труб"), в который интегрированы две тепловые трубы и система сбора данных.

В качестве теплоносителя используется дистиллированная вода в объеме 50 и 60 мл.

Каждая мини тепловая труба по длине разделена на три различных части: испаритель ( 20 мм ), адиабатическую секцию ( 50 мм ) и конденсатор ( 30 мм ).

Тепло подается в испаритель электронагревателем, закрепленным с использованием термической смазки. Тепло отводится от конденсатора при помощи медного радиатора и двух охлаждающих вентиляторов. Подвод тепла в систему осуществляется постепенно с помощью электронагревателя через малогабаритную тепловую трубу.

Проверка функционирования системы будет проводиться на семи различных режимах при уровнях мощности от 5 Вт до 35 Вт. После выхода аппаратуры на каждый из режимов (примерно через 5 минут), в течение 40 минут будет выполнен цикл автоматических измерений при постоянной мощности.

Для контроля изменения температуры вдоль тепловой трубы, к ее поверхности прикреплены 3 термопары ( Omega типа T ), одна из которых имеет непосредственный контакт с платой сбора данных. Остальные термопары установлены на распределителе тепла и изоляции. Все данные сохраняются на карте памяти, которая по окончании эксперимента возвращается на Землю.

Образовательные проекты

Демонстрация бразильским школьникам влияния условий космического полета на развитие растений (эксперимент SEEDS) и особенностей процессов хроматографии хлорофилла в невесомости (эксперимент CHROPHYL).

Эксперимент "SEEDS"

Бразильские семена Phaseolus vulgaris.

Цель эксперимента

Основная цель этого образовательного/демонстрационного эксперимента состоит в том, чтобы продемонстрировать эффекты гравитропизма (реакция растений на изменение гравитации) и фототропизма (различия в световых условиях) при проращивании семян в условиях микрогравитации.

Задача эксперимента

Продемонстрировать воздействие гравитации на рост растений бра-зильским школьникам (от 10 до 15 лет).

Используемая аппаратура

В эксперименте используются 4 пакета с семенами. В каждом из пакетов размещено по пять семян Phaseolus vulgaris.

Два пакета ("Пакет 1 и 2") должны экспонироваться на свету, а остальные ("Пакет 3 и 4") в темноте, для чего они закрыты светонепроницаемыми металлизированными оболочками.

Семена прорастают при температурах в диапазоне от +20 до +30? C и при низкой концентрации кислорода (до ~ 3%) .
Активация процесса проращивания осуществляется посредством смачивания семян с помощью прилагаемого шприца с водой.

Процесс прорастания и развития ростков сопровождается фотосъемкой, осуществляемой бортовыми средствами.

Эксперимент "CHROPHYL"

Хроматография хлорофилла

Цель эксперимента

Наблюдение за процессом хроматографии хлорофилла в условиях невесомости в образовательных целях.

Задача эксперимента

Пропускание смеси пигментов через слой бесцветного сорбента и регистрация окрашенных зон хроматограмм.

Используемая аппаратура

В эксперименте используются две промаркированные герметичные экспериментальные камеры. В каждую камеру входит лист хроматографической бумаги и шприц, наполненный раствором хлорофилла. Хлорофилл получен из листьев бразильского растения и растворен в этиловом спирте.

Активация процесса хроматографии хлорофилла осуществляется посредством впрыскивания раствора на хроматографическую бумагу.

Поскольку молекулы в хлорофилловых пигментах имеют разные характеристики (такие как, размер и растворимость), они перемещаются с разными скоростями по листу бумаги под воздействием растворителя (в данном случае, этиленгликоля). Хлорофилл имеет разные пигменты (каротины, ксантофиллы, хлорофилл а и хлорофилл b) с характерным цветом. Когда хлорофилловый раствор проходит через хроматографическую бумагу, молекулы каждого из пигментов ведут себя по-разному, что приводит к явлению, похожему на "радугу". Поскольку сила тяжести влияет на капиллярный эффект, то в условиях невесомости и Земли предполагается получить различные хроматограммы.

Для регистрации процесса хроматографии хлорофилла используется фотосъемка, осуществляемая бортовыми средствами российского сегмента