13 чешских проектов, которые полетят в космос
Одним из грядущих научно-исследовательских событий, которыми живет Чешская Республика, является миссия чешского астронавта Алеша Свободы на Международной космической станции, которая запланирована на конец 2027 года. Пока он проходит третью стадию подготовки в Кельне, Европейское космическое агентство одобрило 13 чешских научных и технологических экспериментов, которые отправятся в космос вместе с астронавтом. Проекты представили команды авторов на проходящей Czech Space Week.
Университеты, исследовательские институты и компании подали 70 предложений, из которых после оценки Европейским космическим агентством (ESA) и чешским комитетом было выбрано 13 экспериментов. По словам представителя Чехии в программном совете ESA Ондржея Роглика, это пестрый набор, охватывающий науки о жизни, физику, физиологию человека, а также технологические и образовательные проекты, а то, что проекты одобрило ESA показывает, что Чешская Республика способна создать набор экспериментов мирового уровня.
«Это позволит нам доказать, что мы играем в высшей лиге – как в науке, так и в технологиях, – и встать в ряд тех государств, к которым, на мой взгляд, мы и принадлежим, то есть тех, которые способны на такие вещи. Ведь Чешская Республика – одна из немногих стран, которая действительно умеет создавать все: разрабатывать, запускать в производство и сертифицировать собственные самолеты, автомобили и поезда. Космическая деятельность – это то, чему нам еще предстоит научиться, если мы хотим занять уверенную позицию в оставшейся части XXI века».
Астронавт Алеш Свобода во время своей примерно двухнедельной миссии будет проводить эксперименты различной сложности – от работы с оборудованием в лабораторном модуле до измерения своих физиологических функций и документирования работы в условиях невесомости. В некоторых случаях астронавт будет следить за работой приборов, в других – использовать датчики, установленные на своем теле.
«Я совершенно не сомневаюсь, что астронавт справится с управлением всеми этими экспериментами и сможет всему этому научиться – причем очень быстро. Он также освоит различные кризисные сценарии – что делать, если что-то пойдет не так. Ведь именно этому астронавтов и обучают. Их не готовят к тому, как действовать, когда все идет по плану. И хотя многие их должности называются «специалист миссии», на самом деле их подготовка в первую очередь направлена на то, чтобы быть готовыми к непредвиденным ситуациям», - подчеркивает Ондржей Роглик.
Ячмень на орбите
Radio Prague International побеседовало с авторами некоторых экспериментов, для полной реализации которых необходима космическая среда. Первый из них под названием PUMR-B посвящен исследованию космического земледелия – то есть тому, как растения могут расти и развиваться в условиях микрогравитации. 80% человеческого рациона состоит из растительной пищи, поэтому, по словам Лукаша Спихала из Чешского института исследований и передовых технологий Университета им. Палацкого в Оломоуце, важно понять, как обеспечить выращивание растений в космосе. Эксперимент будет проводиться на ячмене.
«Необходимо подготовиться и изучать, как вообще растения могут развиваться в таких экстремальных условиях, как микрогравитация. Одновременно это позволит получить новые знания о том, какие механизмы в растениях изменяются в экстремальных условиях, что может быть использовано, например, в селекционной работе. В нашем случае профессор Хеджман представляет направление, связанное с зерновыми культурами, и эти исследования важны для наших селекционных программ – чтобы понять, какие механизмы стоит отслеживать, чтобы повысить общую устойчивость растений к стрессовым факторам. В качетсве результата мы ожидаем, что, во‑первых, сможем подтвердить то, что уже известно, а именно – какие основные механизмы действуют в растениях в отношении их устойчивости к стрессам. Но, конечно, мы также надеемся обнаружить что‑то совершенно новое, ранее неизвестное, что может помочь объяснить некоторые вещи, которые нам еще непонятны, и возможно даже стать прорывом в будущем, в том числе для выращивания растений в условиях невесомости».
«Умная» футболка
Следующий проект, который представила профессор физиологии Юлия Вашку из Университета им. Масарика в Брно, Алеш Свобода должен будет испытывать в прямом смысле слова – на собственной коже. Речь идет об «умной» футболке, которая поможет отслеживать уровень стресса астронавта. Хорошая новость также заключается в том, что свой стресс еще на Земле могут отслеживать люди, активно занимающиеся спортом.
Проект посвящен разработке «умной» футболки для мониторинга физиологических функций человека. Он создан с учетом физиологии человека и позволяет оценивать риск травм, ухудшения здоровья или снижения работоспособности во время выполнения задач. Футболка собирает максимально возможное количество данных: положение тела, температуру, потребление кислорода и другие показатели. Специальный алгоритм рассчитывает стрессовую нагрузку и прогнозирует, как долго человек может безопасно выполнять конкретное задание. Это особенно важно для астронавтов, но также применимо для спортивной и рекреационной деятельности.
Действительно ли астронавт в космосе подвергается такой нагрузке, что его жизненно важные функции могут оказаться под ударом?
«Это может показаться удивительным, но мы не считаем, что на Международной космической станции возникает такая значительная физическая нагрузка. Нагрузка там заключается не в том, что человек переутомляется, а в том, что некоторые системы организма работают иначе. Например, терморегуляция действует немного иначе, кровообращение функционирует по-другому. Это особые условия. Мы хотим протестировать это на орбите, но при этом нам не так важно, большая ли нагрузка или маленькая, потому что на Земле мы рассчитываем, что футболка может использоваться и в спорте – как в рекреационном, так и в профессиональном. То есть мы не оцениваем, какая нагрузка «правильная», а какая «неправильная», мы просто отслеживаем показатели. А уже пользователь сам решит, как использовать эту информацию через приложение».
Главные задачи проекта в космической среде – миниатюризация сенсоров, обеспечение комфорта пользователя и возможность стирки футболки. В космосе данные для обратной связи с пользователем могут передаваться на орбитальную станцию, на Земле – на мобильное приложение. На первом этапе в космос с астронавтом Алешем Свободой полетит одна футболка, чтобы проверить работоспособность системы.
«Броня Икаруса»
Проект «Icarus Armor», которым руководит доктор Вратислав Шалены из Технического университета в Брно, посвящн созданию цифрового двойника астронавта для оценки его когнитивных функций и прогнозирования когнитивной работоспособности. Система анализирует физиологические показатели человека, подвергаемого стрессу, с помощью искусственного интеллекта и нейронных сетей, выявляя тенденции изменения когнитивного уровня.
«Мы сосредотачиваемся на людях с экстремальными нагрузками. Такой нагрузкой для человека является полет в космос. Там для него происходят значительные изменения – главным образом, изменение гравитационной нагрузки. Сначала это высокая гравитационная нагрузка во время старта ракеты, когда он практически не может нормально выводить углекислый газ, а затем переход в микрогравитацию, где полностью меняется циркуляция жидкостей в организме. Жидкости перераспределяются в теле, что влияет на физиологию. Организм должен адаптироваться, подобно тому как это делают альпинисты на больших высотах. И именно в период адаптации все происходит иначе. В космическом эксперименте мы будем отслеживать стрессовые стимулы, которые там возникают. Мы уже знаем, чего ожидать. У астронавта невозможно проводить инвазивные процедуры, поэтому мы измеряем только то, что можно получить неинвазивно. С помощью методов ИИ и нейронных сетей мы сопоставляем эти данные с теми результатами, которые на Земле получают инвазивным путем. Нам нужны максимальные входные данные, чтобы понять, как меняется состояние человека, и на их основе прогнозировать его работоспособность».
Программное обеспечение может применяться для разных профессий с высокой физико-психической нагрузкой – от астронавтов до врачей в сложных условиях или профессиональных спортсменов, адаптируя прогнозируемую работоспособность под специфические задачи.
«Мы создаем продукты с высокой добавленной стоимостью. В них должно быть заложено наше ноу-хау и опыт. Основной интерес проявляют страны, которые отправляют миссии в космос, и мы ожидаем там интерес к нашей продукции. Один из таких продуктов – разработка участника Lightly, который с помощью фотолиза исследует химические соединения. Они хорошо справляются с анализом наркотиков и поддельных лекарств в «земных» условиях, отслеживая путь от производителя подделки. Мы используем аналогичный подход для анализа стрессовых гормонов в слюне. Таким образом, есть прямая параллель: у них уже есть бизнес на Земле, а теперь они расширяют его на космос. Мы стремимся создать миниатюрное устройство, способное проводить анализ стресса по слюне прямо на орбите».
Космические яйца
Наибольший восторг в земных условиях вызвала презентация проекта ZOE, который представил Олдржих Заградничек из Института ядерной физики. Он посвящен исследованию эмбрионального развития куриного яйца с целью понять, могут ли формироваться полноценные половые клетки, обеспечивающие плодовитость взрослой особи. Основное внимание уделяется первичным зародышевым клеткам (примордиальным герминативным клеткам), которые формируются на ранних стадиях эмбриона и мигрируют в будущие половые железы. Если этот процесс нарушен, особь становится малоплодовитой или бесплодной.
Как объяснил Олдржих Заградничек, исследование необходимо провести в космосе, потому что микрогравитация и космическое излучение могут нарушить нормальное развитие этих клеток. На Земле условия полностью не воспроизвести: моделирование микрогравитации возможно лишь на несколько секунд или с помощью клиностата, а космическое излучение нельзя точно имитировать. Чего же ожидают от проведения исследования в космической среде?
«Конечно, мы бы хотели, чтобы особь оказалась плодовитой, ради формирования многопоколенных колоний. Но если процесс будет нарушен, мы узнаем, что что-то идет не так, где-то возникает проблема. Это мы сможем определить теоретически. Посмотрим, что покажет эксперимент. А затем, когда выявим ключевые проблемные моменты, можно будет задуматься о биотехнологиях, которые смогут это исправить. Можно будет манипулировать генами и создать животное, способное размножаться в таких условиях, а в будущем этот подход, возможно, применить и к человеку».
Как рассказал Олдржих Заградничек, по всей вероятности, на орбиту отправится порядка 15 яиц от разных пород куриц. Среди главных требований – прочная скорлупа и как можно меньший размер – чтобы их можно было отправить как можно больше.
Астронавт будет выполнять простые действия: извлекать внутреннюю часть контейнера с яйцами, помещать ее в инкубатор, поддерживать температуру для контроля развития эмбрионов, а затем по завершении миссии отправлять материал обратно на Землю для анализа. Результаты эксперимента помогут выявить ключевые точки, где развитие может нарушаться, и в будущем использовать биотехнологии для обеспечения размножения в экстремальных условиях. Эмбриональное развитие курицы происходит в течение 21 дня, но ученые намерены сосредоточиться лишь на четырех.
А что должен будет делать астронавт?
«У него будет довольно простая задача. Ему нужно будет из коробки, Livet, вынуть внутреннюю часть, где находятся яйца. Поместить ее в инкубатор Kubik. Установить там преинкубационную температуру, которая будет достаточно низкой, примерно 12–16 градусов, как мы предполагаем. Все это будет протестировано заранее. Примерно за четыре дня до конца миссии астронавт повысит температуру до более высокого уровня, чтобы началось развитие эмбрионов. Через четыре дня он снова снизит температуру, чтобы остановить развитие. Затем извлечет внутренний модуль с яйцами из инкубатора, вернет его во внешнюю часть коробки Livet и привезет обратно на Землю».
Среди прочих экспериментов, которые отправятся в космос, – наноробот для биомедицины, определения рака до появления признаков, активная дозиметрическая система для миссий в недра Вселенной, эффективные космические фотобиореакторы для производства кислорода и продуктов питания, возникновение жизни на Земле, а, возможно, и в других частях Вселенной, микроводоросли, как источник поддержки космических миссий, «умная» электроника для астронавтов МКС, образование на МКС.
Предполагаемая миссия Алеша Свободы на Международную космическую станцию состоится в конце 2027 года. Напомним, что чешский астронавт пока что входит в запасной состав.
