В 2025 году запланирован запуск на орбиту «Бион-М» № 2, на борту которого будут размещены живые организмы. Этот аппарат станет тринадцатым в серии экспериментов с животными и насекомыми, начавшейся в Советском Союзе в 1973 году. Предлагаем ознакомиться с историей этих экспериментов и исследованиями, намеченными на текущий год.
В 1971 году Советский Союз запустил первую в мире пилотируемую орбитальную станцию «Салют-1», что стало значительным этапом на пути к длительному пребыванию человека в космосе. Однако существовала неуверенность в способности космонавтов выдерживать продолжительные космические миссии: несмотря на накопленный опыт предыдущих полетов, медикам и биологам требовались дополнительные сведения о влиянии факторов космического полета, особенно невесомости, на органы, ткани и системы организма. Для решения этой задачи, под руководством Института медико-биологических проблем, была начата программа исследований с использованием специализированных спутников «Бион», на которых размещались живые организмы».
Благодаря многочисленным исследованиям, проведенным с использованием животных на протяжении многих лет, ученые получили обширные данные о воздействии факторов космического полета на живые организмы. Тем не менее, даже спустя более чем полвека, остаются вопросы, требующие дальнейшего изучения в будущих космических миссиях.
Первый опыт
в статье «Биоспутник: итоги эксперимента», опубликованной 1 марта 1974 года в газете «Правда», член-корреспондент Академии наук СССР Олег Георгиевич Газенко представил результаты первой миссии спутника «Бион», состоявшейся в ноябре 1973 года, и рассказал о предварительных выводах, полученных в ходе исследований.
Полет длился 21 день. На борту аппарата находились белые крысы, черепахи, насекомые, бактерии и грибы, которые были выведены на орбиту с перигеем 221 км и апогеем 424 км. Крыс поместили в индивидуальные камеры, оборудованные кормушками, поилками и освещением, а с помощью специальных приборов регистрировали их двигательную активность. Черепах, насекомых, грибы и микроорганизмы разместили в специализированных контейнерах. Одновременно на Земле ученые подготовили контрольный эксперимент: в макете космического корабля с научной аппаратурой, полностью соответствующей полетным образцам, на время исследований были размещены аналогичные живые организмы и созданы условия, максимально приближенные к космическим, за исключением состояния невесомости.
Тогда ученые сформулировали ряд значимых заключений относительно воздействия невесомости на живые организмы. В частности, было установлено, что в ходе полета крысы в среднем прибавили около 20 г, в то время как в контрольной группе на Земле – 80 г. Данное расхождение продемонстрировало, что длительное пребывание в условиях невесомости оказывает влияние на метаболические процессы. Влияние длительной невесомости на развитие организмов исследовалось с использованием мух-дрозофил, мучных жуков и бактерий: эксперимент выявил, что мухи дали практически нормальное потомство, а некоторые насекомые, выросшие в космосе, впоследствии дали потомство и на Земле. Результаты наблюдений за грибами показали, насколько сильно невесомость влияет на развитие растений: ножки грибов, отправленных в космос, оказались заметно тоньше, но грибницы превышали размеры таковых, выращенных на Земле.
«В настоящее время проводятся тщательные исследования материалов, полученных в ходе полета, и изучается процесс адаптации к земной гравитации. Комплексное обследование с использованием современных цитохимических, биохимических и морфологических методов позволит получить информацию о механизме воздействия длительной невесомости на ткани и клетки. Это, в свою очередь, приблизит нас к пониманию механизмов функциональных изменений, которые наблюдаются во время космических полетов человека. Можно с уверенностью сказать, что проведенные эксперименты внесли новый вклад в космическую биологию, ― отметил член-корреспондент АН СССР О.Г. Газенко (газета «Правда», 1 марта 1974 г.).
Следующие миссии
В последующих миссиях программы «Бион» исследователи продолжали изучение влияния состояния микрогравитации на живые организмы и развитие плода, а также особенности восстановления поврежденных мышц и костей в условиях невесомости. Помимо этого, велись работы по изучению механизмов защиты от космического излучения и проводились эксперименты с применением центрифуги для создания искусственной гравитации. Впервые были предприняты попытки оплодотворения млекопитающих в условиях невесомости. Третий этап эксперимента, начавшийся в 1975 году, приобрел международный характер: к нему присоединились ученые из США, Франции, Чехословакии, Венгрии, Польши, Румынии.
В рамках миссии «Бион» № 6 специалисты Советского Союза впервые вывели на орбиту приматов – макак Абрека и Биона. Им были имплантированы датчики для мониторинга кровотока в сонной артерии. С помощью этих приборов изучалось влияние невесомости на сердечно-сосудистую систему, и подобные исследования проводились неоднократно. В конечном итоге было установлено, что в условиях отсутствия гравитации скорость кровотока в общей сонной артерии, центральный объем крови, сердечный выброс, артериальное давление и электрокардиограмма оставались без значительных изменений. Помимо этого, на обезьянах изучали работу периферических и центральных отделов вестибулярной системы, а также воздействие невесомости на сенсомоторную систему.
Ученые, участвовавшие в экспериментах, отмечали, что практически каждый полет сопровождался техническими неполадками. Так, в рамках миссии «Бион» № 9 вышла из строя система подачи корма для одной из обезьян. Несмотря на это, полет был продолжен, при этом увеличили ежедневную дозу сока: исследователи не выявили у животного признаков дискомфорта, а ее температура тела и пульс оставались в пределах нормы. Более серьезные затруднения возникли во время посадки спускаемого аппарата: из-за неисправности тормозной двигательной системы капсула приземлилась не в Казахстане, а в труднодоступной тайге Якутии, где в конце сентября наблюдалась температура −25 °С.
«В срочном порядке из Москвы были отправлены телеграммы в Министерство здравоохранения Якутии и расположенные там воинские части с просьбой оказать содействие в поиске спускаемого аппарата и предотвратить его обмерзание. В тайге была прорублена просека, вокруг спускаемого аппарата развели костры, а сам аппарат укрыли солдатскими одеялами. Только спустя 20 часов после приземления к месту происшествия прибыла штатная поисковая группа совместно с исследователями. К счастью, весь его «экипаж», за исключением рыб гуппи, сохранил жизнеспособность. Рыбы гуппи, как известно, погибают при температуре 12–14 °С. Это указывает на то, что температура внутри спускаемого аппарата во время суток, проведенных на морозе, опустилась ниже 12 °С. Обезьяна, которая на протяжении всего 14-суточного полета не получала пищу, благополучно перенесла все трудности, хотя и находилась в значительно ослабленном состоянии. Медицинские мероприятия, проведенные на месте приземления, позволили спасти жизнь обезьяне. В целом, аварийная ситуация с биоспутником показала возможность выживания в экстремальных условиях космического полета и приземления.
Исследования, проведенные в рамках программы «Бион», выявили отсутствие существенных биологических препятствий для продолжительного пребывания человека в космосе. Однако для обеспечения безопасности полетов требуются надежные системы жизнеобеспечения и медицинского обслуживания, включая профилактические меры.
До 1997 года в рамках программы «Бион» проводились систематические космические эксперименты, в ходе которых было запущено 11 аппаратов. Полученные данные нашли применение спустя 16 лет – при запуске в 2013 году миссии «Бион-М» № 1. В рамках эксперимента изучалось воздействие космического полета и открытого космоса на биологические объекты. Сам аппарат был модернизирован: была установлена система управления с высоким уровнем автоматизации, собственная двигательная установка для выведения на более высокие орбиты, автоматизированная система жизнеобеспечения и научное оборудование нового поколения.
«Бион-М» № 2
В 2025 году запланирован новый запуск, предназначенный для поддержки развития перспективной Российской орбитальной станции. Биоспутник будет выведен на полярную орбиту, схожую с той, где в конце десятилетия будут работать российские космонавты. Ранее живые организмы не находились в подобной космической среде.
«Изначально планировалось вывести на околоземную орбиту высотой 1 тыс. км с наклонением приблизительно 64° аппарат «Бион-М» № 2. На орбите с тем же наклонением, но на высоте около 500 км ранее функционировал «Бион-М» № 1. После решения о создании российской орбитальной станции (РОС), характеризующейся полярной, то есть высокоширотной орбитой, возникла необходимость в подтверждении ее безопасности для живых организмов. Как и в 1974 году, аппарату серии «Бион» вновь будет поручена эта задача. Ранее мы планировали запуск «Бион-М» № 2 в прошлом году, но изменение орбиты потребовало больше времени на подготовку, а также дополнительные испытания и научной аппаратуры, и самого аппарата. Наши ученые располагают гипотезами и предположениями о возможном воздействии космического пространства на полярной орбите на живые организмы, однако для их подтверждения необходим эксперимент. Об этом корреспонденту «Научной России» сообщил ответственный исполнитель проекта «Бион» Владислав Сергеевич Седлецкий.
В рамках миссии «Бион-М» № 2 значительная часть исследований будет посвящена изучению млекопитающих, в частности, мышей. Устройство МЛЖ-02 обеспечивает возможность содержания 75 мышей серии C57 Black. Большинству животных будет предоставлен пастообразный корм, аналогично предыдущим экспериментам; отдельная группа впервые в рамках этой серии экспериментов получит сухой корм и гелеобразную воду. На борту также разместят мух-дрозофил: эти исследования позволят оценить влияние неблагоприятных факторов невесомости, радиации и магнитной обстановки на основные системы организма, а также выявить отдаленные последствия для нескольких поколений.
В рамках эксперимента «Метеорит-2» исследователи планируют проверить теорию панспермии, предполагающую возможность доставки жизни на Землю из космоса. Это исследование является продолжением работ, ранее проводившихся с использованием спутников «Фотон» и «Бион-М» № 1. В термозащитное покрытие спускаемого аппарата, наиболее подверженное воздействию высоких температур при входе в атмосферу, интегрированы базальтовые камни, содержащие определенные штаммы микроорганизмов. На спутнике «Фотоне-М» № 4 аналогичный эксперимент показал, что один из штаммов сохранил жизнеспособность даже при экстремальном воздействии температуры и радиации.
Другие исследования сосредоточены на изучении роста мха в условиях микрогравитации, измерении уровня радиации внутри и за пределами космического аппарата, а также на разработке методов переработки отходов с использованием бактерий. Помимо созданных учеными приборов, на орбите будут проведены эксперименты, спланированные школьниками.
«На подготовительном этапе был организован конкурс школьных проектов, в котором победил эксперимент с муравьями: фактически, на орбиту будет отправлена муравьиная ферма. За прошедший год образовательная программа была расширена, и теперь ее можно охарактеризовать как совместную – в ней участвуют школьники из Беларуси. Другой школьный проект посвящен экспериментам с семенами различных сельскохозяйственных культур: после возвращения из космоса они будут посажены, и сравнят плодовитость культур с семенами контрольной группы, которые будут храниться на Земле», ― рассказал В.С. Седлецкий.
Статья создана при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации