Artemis I将启动首创的深空生物学任务BioSentinel

9月7日 13:10 引自:www.nasa.gov

美国宇航局的生物哨兵BioSentinel任务将超越月球,进行第一次长期深空生物实验。该航天器将随着空间发射系统火箭Artemis I的首次飞行进行发射,将研究空间辐射对酵母细胞的影响。这些结果可以激发解决方案,在深空探索期间保持未来宇航员的健康。


BioSentinel将从佛罗里达州的美国宇航局肯尼迪航天中心发射Artemis I,一个鞋盒大小的立方体卫星——将在深空进行第一次长期生物学实验。Artemis在月球的任务将为人类前往火星等目的地进行越来越远、持续时间更长的任务做好准备,BioSentinel将以酵母的形式携带微生物,以填补关于空间辐射在深空造成的健康风险的知识方面的关键空白。

太空辐射就像纳米级的拆除德比。高能银河系宇宙射线和太阳粒子的爆发渗透到深空。这些类型的辐射会对电子产品和活细胞造成严重破坏。

BioSentinel的主要工作是监测酵母的生命体征,看看它们在深空辐射下的情况。由于酵母细胞具有与人类细胞相似的生物机制,包括DNA损伤和修复,因此在太空中检查酵母将帮助我们更好地了解空间辐射对人类和其他生物体的风险,并帮助我们计划前往月球和其他地区的载人探索任务。具体而言,BioSentinel将研究暴露在低地球轨道以外的高辐射环境中后的酵母细胞生长和代谢活动。

BioSentinel是10个次要有效载荷之一——都是6个单元的立方体卫星——它们很少有机会搭乘Artemis I的深空。这些卫星安装在空间发射系统(SLS)火箭上的猎户座级适配器内。一旦被驱逐到太空,他们将进行科学和技术调查。在这个精选群体中,BioSentinel是唯一进行生命科学实验的立方体卫星。

位于加利福尼亚州硅谷的美国宇航局艾姆斯研究中心的BioSentinel项目经理Matthew Napoli说:“BioSentinel是同类中的第一家。”“它将把生物体带入太空比以往任何时候都更远。这真的很酷!”


CubeSats的顶部视图,因为它们经过最终处理,并被固定在佛罗里达州美国宇航局肯尼迪航天中心的猎户座级适配器内。环形舞台适配器将连接到太空发射系统(SLS)临时低温推进级,猎户座航天器将固定在顶部。所有立方体卫星都将在SLS完成其主要任务后部署,将猎户座航天器发射到月球的轨道上。

来源:美国宇航局/科里·休斯顿


到目前为止,阿波罗17号登月任务保持着人类深空飞行时间最长的记录;1972年的任务持续了12.5天,远远短于未来需要数年才能完成的火星任务。阿波罗-17还进行了美国宇航局的最新实验,以研究低地球轨道以外空间的陆地生命。没有空间生物学实验——也没有宇航员——超越了BioSentinel的目的地地球-Moon系统。

在发射后几个小时内,SLS将在太空部署BioSentinel。几天后,立方体卫星将飞过月球,并围绕太阳运行其为期六到九个月的任务的其余部分。一旦到达那里,BioSentinel的团队将定期启动为期一周的酵母研究。BioSentinel将使用美国宇航局南加州喷气推进实验室开发的无线电,通过美国宇航局的深空网络将数据传输到地球。

一种新型生物传感器仪器是BioSentinel使命的重要组成部分。生物传感器是一个微型生物技术实验室,旨在测量活酵母细胞如何应对长期暴露于空间辐射。其核心是一套微流体卡——定制硬件,允许控制极少量液体的流动。这些卡片为酵母提供了栖息地,并为科学家提供了实时观察酵母的方法。


BioSentinel的生物传感器技术基于为之前的CubeSat任务开发的微流体系统。最近的前身是美国宇航局于2017年发射的大肠杆菌抗微生物卫星(EcAMSat)任务。该卫星从国际空间站部署到低地球轨道,以研究抗生素如何在太空飞行中有效对抗细菌的遗传基础。

休斯顿美国宇航局约翰逊航天中心开发的物理辐射探测器与BioSentinel的生物传感器一起运行。它描述和测量辐射,其结果将与生物传感器的生物反应进行比较。来自空间站和艾姆斯实验室的相同生物哨兵仪器集的数据将用于检查和比较酵母在不同重力和辐射环境中的反应。


SmallSat子系统变小


2013年,艾姆斯向月球、月球大气层和尘埃环境探测器发射了小型卫星任务。虽然LADEE没有进行生命科学研究,但它帮助铺平了BioSentinel的前进道路。BioSentinel的大部分团队都在LADEE上工作。他们受益于在月球附近开发和运营航天器任务的经验。

那不勒斯说:“该团队希望在BioSentinel上尽可能多地容纳科学有效载荷,工程师交付。”“LADEE有更多的空间容纳航空电子设备。一个巨大的挑战是小型化。”

LADEE比家用冰箱还大。BioSentinel的工程师将许多子系统塞在一小部分。它的航空电子设备大约相当于半加仑牛奶的大小和形状。

“现在我们有一辆立方体卫星总线——运行航天器的子系统——足够小,可以将航天器内部的三分之二体积留给科学有效载荷。这绝对是一件大事,”那不勒斯说。


一位BioSentinel有效载荷工程师致力于组装BioSensor有效载荷,将热和光学单元连接到加利福尼亚州硅谷美国宇航局艾姆斯研究中心实验室中含有酵母细胞的微流体卡。

来源:美国宇航局/多米尼克·哈特


BioSentinel以艾姆斯的历史为基础,结合了该中心在空间生物学研究和小型卫星技术方面的优势。艾姆斯有几十年的研究太空生活经验,包括航天飞机、空间站和自由飞行卫星的研究。BioSentinel由美国宇航局勘探系统开发任务局资助,100多名工程师和科学家参与了该项目。他们的贡献将有助于推进美国宇航局在未来深空探索任务中保护宇航员健康和性能的目标。



科学Plus:


什么是BioSentinel?


宇航员生活在国际空间站上相当极端的环境中。在微重力失重的情况下,他们在地球上空约250英里处运行,大约每两个月依靠一次商业货运任务来运送新的物资和实验。然而,就空间辐射而言,这个地方受到相对保护。地球的磁场保护空间站工作人员免受大量辐射的影响,这些辐射可能会损坏我们细胞中的DNA并导致严重的健康问题。当未来的宇航员踏上更深太空的长途旅行时,他们将冒险进入更危险的辐射环境,并需要大量的保护。在一颗名为BioSentinel的小型卫星上进行生物学实验的帮助下,位于加利福尼亚州硅谷的美国宇航局艾姆斯研究中心的科学家正在朝着寻找解决方案迈出早期一步。


为了了解太空中生命会发生什么的基础知识,研究人员经常使用我们相对熟悉的“模型生物体”。这有助于更清楚地显示在太空和地球上发生的事情之间的差异。对于BioSentinel,美国宇航局正在使用酵母——与使面包上升和酿造啤酒的酵母完全相同。在我们的细胞和酵母细胞中,深空遇到的高能辐射类型可能会导致携带遗传信息的两条交织的DNA链断裂。通常,细胞可以在酵母和人类之间非常相似的过程中修复DNA损伤。


BioSentinel将是第一个在空间站靠近地球的地方之外进行的长期生物学实验。BioSentinel的航天器是发射Artemis I号的10艘立方体卫星之一,Artemis I是Artemis计划太空发射系统的首次飞行,Artemis计划的首次飞行,Artemis计划的强大新火箭。这颗谷物盒大小的卫星将乘坐火箭飞向深空,然后飞过月球,绕太阳运行。一旦卫星进入我们星球保护性磁场之外的位置,BioSentinel团队将远程触发一系列实验,激活两种酵母酿酒酵母菌株,以便在空间辐射下生长。在为期六到十二个月的任务中,酵母样本将在不同的时间点激活。


一个菌株是自然界中常见的酵母菌,而另一个菌株之所以被选中,是因为它难以修复其DNA。通过比较这两种菌株对深空辐射环境的反应,研究人员将更多地了解长期探索期间对人类造成的健康风险,并能够制定减少潜在损害的知情策略。


建立在小卫星生物学的历史之上


BioSentinel项目建立在Ames使用立方体卫星在太空进行生物学研究的历史之上,立方体卫星是由单个单元建造的小型卫星,每个单元约四英寸立方体。BioSentinel是一个六单元的航天器,重约30磅。它把酵母细胞放在微流体卡的微隔间中——定制硬件允许控制极少量液体的流动,这些液体将激活和维持酵母。有关辐射水平以及酵母生长和新陈代谢的数据将被收集并存储在航天器上,然后传输给地球上的科学团队。

如果卫星遇到太阳粒子事件,即来自太阳的辐射风暴,将激活一套包含酵母样本的微流体卡,这对未来的深空探险家来说是一个特别严重的健康风险。


多个生物哨兵将比较各种重力和辐射环境

除了穿越深空环境的开创性生物哨兵任务外,还将在不同的辐射和重力条件下进行相同的实验。一个人将在空间站上运行,微重力类似于深空,但辐射相对较少。其他实验将在地面上进行,以与地球的引力和辐射水平进行比较。这些附加版本将向科学家展示如何将基于地球和空间站的科学实验(可以更容易进行)与未来宇航员在太空中遇到的强烈辐射进行比较。

总而言之,BioSentinel数据对于解释空间辐射照射的影响、降低与长期人类探索相关的风险以及确认空间辐射对生物体影响的现有模型至关重要。


里程碑:

  • 2021年12月:通过SpaceX的第24次商业再补给服务任务,BioSentinel国际空间站控制实验启动到国际空间站。
  • 2022年1月:生物哨兵国际空间站控制实验开始国际空间站上的科学操作。
  • 2022年2月:生物哨兵国际空间站控制实验在艾姆斯开始地面控制科学操作。

合作伙伴:

  • Ames领导BioSentinel任务的科学、硬件设计和开发。
  • 合作伙伴组织包括位于休斯顿的美国宇航局约翰逊航天中心和位于南加州的美国宇航局喷气推进实验室。
  • BioSentinel由华盛顿美国宇航局总部勘探系统开发任务局的高级勘探系统资助。


版权所有 © 2019-2021 星知传媒(北京)有限公司. 京ICP备19032623号