Бактерии в космосе. Уникальный эксперимент объединил студентов и ученых
В Краснодарском крае космодрома нет, но спутники с кубанской земли регулярно поднимаются в стратосферу. Приборы собирают различные научные данные, проверяют теории, участвуют в экспериментах, которые придумывают даже школьники и студенты младших курсов. Как космические исследования объединяют людей разных возрастов и научных интересов и как пережили полет в космос бактерии, выяснял kuban.aif.ru.
Куб летит на шаре
Когда мы слышим, что в космос отправили спутник, то сразу же представляем себе огромный космодром, огромную ракету, струи огня из двигателей. Но для того чтобы отправить в космос небольшой предмет, не обязательно нужны такие носители, как «Прогресс» или «Союз».
«Считается, что космос начинается на высоте 18 километров. Если подняться туда, то под нами будет находиться 90% земной атмосферы, давление составит всего один процент от земного, радиационное излучение увеличится в несколько раз, а температура упадет до минус 50 градусов и ниже, - объясняет руководитель курганинского Центра молодежного инновационного творчества «Перспектива» Кирилл Попко. - В этот ближний космос уже несколько лет запускают спутники формата кубсат (CubeSat) кубанские исследователи. В роли ракеты-носителя выступают наполненные гелием шары».
Кубсат - это международный формат миниатюрных спутников размером 10 на 10 на 13,5 сантиметров. Такие спутники просты, недороги, не становятся космическим мусором, дают возможность поучаствовать в освоении космоса практически каждому. В то же время они оставляют большой простор для научного творчества, потому что исследователям надо не просто придумать полезную нагрузку для спутника и уместить ее в небольшое пространство, но и сделать так, чтобы в экстремальных условиях стратосферы все уцелело. Поэтому перед запуском спутники проходят проверку в термовакуумной камере и на вибростенде.
Исследования ребят показали, что бактерии в нашей стратосфере способны выживать. Может это станет мостиком к поиску жизни на другой планете?
«Последние испытания - самые жесткие, здесь перегрузка достигает 80g, как при подъеме на ракетоносителе «Союз», - рассказывает Кирилл Попко. - Трехкилограммовый спутник в это время весит 240 кг. В термовакуумной камере приборы проводят 10 часов с перепадом температур от - 80 до +80 градусов. В стратосфере солнце нагревает спутник, поэтому мы используем «метод шашлыка» - вращаем его, чтобы аппарат не перегревался».
И только после этого спутник запускают - прикрепляют к шару, который наполняют гелием. И он летит вверх до того момента, пока не лопнет от внутреннего давления газа. Как шутят исследователи, к воздушным шарам над США они отношения не имеют.
Дети интересуются космосом: конструируют аппараты, просчитывают, запускают вместе с преподавателями, следят за телеметрией - показаниями, которые аппарат передает на землю. Тут тоже есть загвоздка - после 18-километровой высоты перестает работать GPS, но есть альтернативные способы.
«Мы занимаемся наукой в Курганинске и у нас две основные цели, - рассказывает руководитель центра молодежного инновационного творчества. - Первая - сделать космические исследования снова такими же престижными, какими они были в советское время. Вовлекать в них школьников и студентов. Многие ностальгируют по тем временам, когда мы покоряли космос, запускали много аппаратов. Вторая задача - сугубо научная, чтобы исследования приносили пользу, поэтому мы сотрудничаем с биологами, представителями других специальностей».
Пробирка в стратосфере
В октябре прошлого года команда Кирилла Попко запустила четыре аппарата, в разработке и создании их участвовали студенты биологического факультета КубГУ, сотрудники лаборатории робототехники и механотроники, школьники.
Юлия Худякова решила оценить выживаемость микробных топливных элементов в условиях стратосферы - при низкой температуре и давлении. Микробный топливный элемент - своеобразная биологическая батарейка, это закрытая экосистема, в которой бактерии растут, размножаются, а за счет этого вырабатывается электричество. Чтобы получить как можно больше вводных данных о ходе эксперимента, Денис Барыбин и Алексей Прутский для микробного топливного элемента разработали устройство, которое считывало показатели напряжения во время полета.
«Элемент находился в герметической камере, поэтому температура и давление мало изменились и имели мало значения, - рассказала Юлия Худякова. - Сначала все было стабильно, но с подъемом напряжение начало снижаться синхронно с возрастанием уровня радиации. После возвращения микробный топливный элемент остался жизнеспособным и вернулся к прежним уровням. Это мы и хотели выяснить - останется ли рабочей батарейка после агрессивной среды стратосферы».
Студентки биологического факультета Новомлинова Олеся, Реут Елизавета, Егупец Людмила, Крылова Анастасия, Палагутина Евгения, Крицкая Анастасия исследовали, как отреагируют на недолгий полет в стратосфере различные микроорганизмы: кишечная палочка с бактериофагом, одноклеточная водоросль хлорелла.
«Перед нами стояла нетривиальная задача - найти компактный объект исследования, чтобы уместить в кубсат, - рассказали участницы эксперимента. - Мы остановились на классических микроорганизмах - кишечная палочка и хлорелла живучи, они быстро растут, это относительно несложно измерять в лабораторных условиях, их свойства можно экстраполировать на другие организмы».
Эксперимент показал, что, например, хлорелла оказалась жизнеспособной к условиям стратосферы. Теперь эти знания можно использовать на практике - например, разбираться дальше, может ли эта микроскопическая водоросль стать источником кислорода при длительном космическом полете, раз она выдерживает неблагоприятные условия.
Школьники в деле
Спутник, собранный своими руками, запускали в стратосферу и школьники. Ребята, занимающиеся робототехникой и инженерно-техническим творчеством, проходили отбор, в итоге четыре команды стали победителями. Одна из них - краснодарцы Егор Коневцов, Анастасия Титарь и Максим Чупов под руководством наставника, преподавателя робототехники Алексея Кисляка.
Ребята запустили в стратосферу аппарат, на котором проверяли влияние экстремальных условий на ту же хлореллу, воздействие низких температур и повышенной радиации на полупроводники и литий-ионные аккумуляторы.
«Наш спутник поднялся на высоту 18455 метров, - рассказал Егор Коневцов. - Температура снаружи составляла минус 55 градусов, внутри минус 48. Мы собирали девять различных данных. Уже на высоте 10 км отключился счетчик Гейгера, возможно, из-за переохлаждения, потому что при спуске вновь начал работать на 8 км».
Эксперимент показал, что условия стратосферы - низкая температура и высокая радиация - плохо влияют на полупроводники, аккумуляторы потеряли в мощности, поэтому надо заботиться об их подогреве в таких условиях.
«Хлореллу после полета мы извлекли из термоконтейнера, и студенты Кубанского госуниверситета на десять дней поместили ее в питательную среду в лаборатории биологического факультета, - рассказала Анастасия Титарь. - Выяснили, что скачки температуры повлияли на хлореллу намного сильнее, чем кратковременная радиация. Таким образом, хлорелла может использоваться в космосе как биоматериал».
Что дают школьные и студенческие исследования глобальной науке? По словам Кирилла Попко, условия в стратосфере на высоте 30 км схожи с атмосферными условиями Венеры.
«На планете-соседке давление на поверхности в 92 раза больше, чем на Земле, но в атмосфере огромное количество водяного пара, который собирается, падает, но не долетает до поверхности из-за температуры, - объясняет руководитель центра молодежного инновационного творчества. -Раз есть вода, то, возможно, когда-то там была жизнь. Наша глобальная цель - создать технологию отправки аппаратов на Венеру, Советский Союз когда-то запустил «ВЕГА-1» и «ВЕГА-2». А исследования ребят показали, что бактерии в нашей стратосфере способны выживать. Может это станет мостиком к поиску жизни на другой планете?»
Шанс стать первыми
Кандидат биологических наук Никита Волченко:
«За XX век мы привыкли к тому, что космическая биология - это нечто большое. Крупные устройства, в которые помещались большие организмы - те же Белка и Стрелка. Минимизация электроники, с одной стороны, дала шанс вместить в небольшие устройства различные датчики, но нас, биологов, заставила поломать голову. В итоге мы нашли возможности, запустили несколько объектов исследования, в том числе микробный топливный элемент. Сделали это без больших бюджетов - в этом и есть прелесть таких исследований, нет сложных конструкций, поэтому могут работать студенты, проверять свои теории. А так как входной порог небольшой, в этой области много неисследованного, есть шанс стать первыми».
Источник: Аргументы и Факты Юг