БИОКОНТ-ФЭ

Научная аппаратура БИОКОНТ-ФЭ предназначена для проведения космических экспериментов с микроорганизмами. Постановщиками этих экспериментов являются ОАО «Биохиммаш», ФГБУН ГНЦ РФ ИМБП РАН и ГНЦ РФ ФГУП Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов (ГосНИИгенетика), в экспериментах участвуют специалисты ФГУП ЦНИИмаш.

Комплект НА БИОКОНТ-ФЭ состоит из четырёх блоков, в которых имеются полости для размещения чашек Петри и пробирок Эрлиха с биоматериалами. Размещённый биоматериал находится при стабилизированной температуре 28±0,5 ºС, причём половина каждого вида биоматериала находится в полостях, экранированных от магнитных полей. Для определения поглощённой дозы радиации в аппаратуре размещаются литий-фторные дозиметры ДТГ; а для определения дозы вторичного ионизирующего излучения – нитрат-целлюлозные плёнки марки СН-85 Кодак. Аппаратура размещается внутри спускаемого аппарата КА «Фотон-М» №4.

В полёте будут исследоваться:

• хозяйственно-ценный штамм бактериальной культуры Rhodococcus globerulus, растущий на плотной и жидкой средах, который является продуцентом ферментативного комплекса, расщепляющего углеводороды нефти. Ранее проведённые космические эксперименты показали, что у космических штаммов этой культуры наблюдаются полезные изменения продуктивных характеристик. Ожидается, что будут получены модифицированные, более активные штаммы-деграданты разливов нефтепродуктов. На их основе будут созданы ферментативные комплексы для рассева препарата на разливах нефти и нефтепродуктов. Повышение активности и долгосрочной стабильности свойств штамма позволит улучшить процессы дезактивации загрязнений нефтепродуктами производственных и природных территорий, что способно качественно повысить экологическую защищённость (космический эксперимент «Биодеградация»);
• хозяйственно-ценный штамм грибной культуры Phialocephala fortinii, растущий на плотной и жидкой средах, который является продуцентом биостимуляторов роста растений. Ожидается, что будут получены модифицированные более активные штаммы-продуценты. Повышение активности штамма позволит повысить скорость созревания и урожайность сельскохозяйственных культур, что важно для территорий «областей рискованного земледелия», к которым относятся большинство сельскохозяйственных площадей нашей Родины. Также нужно отметить, что подобные биостимуляторы позволят ускорить рост декоративных растений, в частности – газонов на спортивных площадках (космический эксперимент «Биостимуляция»);
• научно- и практически значимая для сравнительно молодого направления в биотехнологии электрогенная бактерия Shewanella oneidensis MR-1, которая является рабочим телом в микробных источниках электрического тока. Ожидается, что генетически модифицированные мутанты этой бактерии будут иметь повышенный уровень генерации электрического тока, процесс при этом будет более стабилен во времени. Несмотря на то, что такие источники тока пока маломощные (удельная мощность единичной ячейки – 40÷250 Вт/м³), у них есть потенциал развития, что позволяет надеяться на будущее использование результатов планируемого космического эксперимента при подготовке выпуска нового класса серийных источников тока (космический эксперимент «Электроген»);
• актуальная задача совершенствования системы жизнеобеспечения (СЖО) на космических аппаратах, в частности – переработки продуктов метаболизма животных и человека будет решаться в ходе впервые проводимого в космосе эксперимента «Раллстония» - в нём будет экспонироваться в условиях космического полёта и гипомагнитной среды бактериальная культура Rallstonia metallidnеcas, выделенная из объектов окружающей среды, при этом основным компонентом субстрата является мочевина. Есть ожидания, что в результате эксперимента удастся повысить эффективность СЖО. 

Способ возвращения результатов космических экспериментов

Результаты КЭ возвращаются на Землю вместе с научной аппаратурой – это прошедшие экспонирование в специальных условиях образцы биологических объектов. В полёте на Землю передаётся краткая телеметрическая информация о состоянии работы научной аппаратуры.

ИМ-ФМ

Научная аппаратура ИМ-ФМ предназначена для регистрации микроускорений внутри спускаемого аппарата во время орбитального полета. Проводимые с помощью этой научной аппаратуры измерения получили то же наименование, что и сама научная аппаратура - КЭ «ИМ-ФМ». В ходе этого эксперимента будут проведены измерения как методом прямого видеонаблюдения – регистрацией траектории движения и взаимодействия со стенками кюветы трёх твёрдых пробных частиц из латуни диаметром 5 мм, находящихся в свободном движении внутри ограниченного объёма кюветы при воздействии на стенки корпуса кюветы (с закреплёнными на общем с ним основании записывающими камерами) остаточного ускорения уровня не более 10^-2g, так и измерения с традиционно используемых комплектов трёхосных датчиков микроускорений (прецизионные ёмкостные акселерометры), установленных на неподвижной и подвижной частях научной аппаратуры ВИБРОЗАЩИТА. Постановщиками КЭ являются ФГУП ЦНИИмаш и ФГБУН Институт прикладной математики РАН имени М.В.Келдыша.

Научная аппаратура ИМ-ФМ состоит из:

• акселерометра на платформе ИМ-ФМ-ПЛ;
• акселерометра на стойке ИМ-ФМ-СТ;
• блока управления и регистрации БПУ ИМ-ФМ.

При включении научной аппаратуры ИМ-ФМ начинает работать система измерения микроускорений, располагающаяся в блоке ИМ-ФМ-ПЛ, и система управления и регистрации БПУ ИМ-ФМ. Одновременно включается система регистрации микроускорений, располагающаяся в блоке ИМ-ФМ-СТ.

Блок ИМ-ФМ-ПЛ фактически является акселерометром, который представляет собой модель свободно движущегося тела и состоит из:

• кубической кюветы из органического стекла с пробными телами,
• системы освещения и видеорегистрации,
• системы инициирования свободного полёта пробных тел.

Для измерения микрогравитации в течение полета была выбрана схема со свободным полетом пробного тела и измерения отклонения его движения от прямолинейного и равномерного относительно борта КА. Система регистрации на протяжении всех циклов включения НА записывает видеоинформацию со свободным перемещением пробных тел сферической формы, когда они свободно двигаются внутри кюветы без контакта со стенками. С помощью электродвигателя происходит инициирование свободного полета пробных тел через механическое воздействие на кювету, встряхивающее её через определенные промежутки времени. Система видеорегистрации позволяет получать изображение в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, что является достаточным для последующего восстановления трехмерного движения конкретного пробного тела.

Блок ИМ-ФМ-СТ – это «виртуальный» акселерометр на стойке, а фактически - блок записи информации из научной аппаратуры ВИБРОЗАЩИТА по двум каналам одновременно. По первому каналу с этой научной аппаратуры поступает информация из трёхосного комплекта датчиков виброускорений (ёмкостные акселерометры), установленного на подвижной части виброзащитной платформы, изолированной от прямого действия бортовых вибраций, по второму каналу – с аналогичного комплекта датчиков на неподвижной части виброзащитной платформы. Таким образом, в энергонезависимой внутренней памяти блока ИМ-ФМ-СТ сохраняется информация об уровне вибрационного фона на борту космического аппарата, а также о работе научной аппаратуры ВИБРОЗАЩИТА и самого блока ИМ-ФМ-СТ.

В результате выполнения КЭ «ИМ-ФМ» ожидается получить сведения об уровне вибрационного фона на борту космического аппарата, полученные стандартным средством измерения (ёмкостным акселерометром) и методом наблюдения траектории перемещения свободных пробных тел, а также сделать выводы об эффективности работы НА ВИБРОЗАЩИТА. В ходе полёта будут определены вектора остаточного ускорения и угловой скорости в месте крепления НА, будут собраны исходные данные для разработки методики калибровки на борту КА низкочастотных высокоточных акселерометров и датчиков угловых скоростей, материалы эксперимента могут использоваться как учебно-демонстрационный материал.

Способ возвращения результатов космических экспериментов

Результаты измерений остаточных микроускорений в запоминающем устройстве возвращаются на Землю вместе с научной аппаратурой. В полёте на Землю передаётся краткая телеметрическая информация о состоянии работы научной аппаратуры.

КАЛИБР

Изучению влияния микрогравитации на температурные характеристики фазовых переходов низкотемпературных эвтектических сплавов (в готовящемся космическом эксперименте - чистого галлия) посвящена экспериментальная программа «Калибр» из двух космических экспериментов (КЭ) на основе научной аппаратуры КАЛИБР. В ходе космического эксперимента будет выполняться циклический процесс «плавление – кристаллизация» галлия (Т_пл.=29,75 ºС) с повтором не менее 10 раз. Результаты экспериментальной программы «Калибр» - прецизионно измеренные характеристики фазовых переходов плавления/кристаллизации галлия – необходимы для бортовых устройств калибровки высокоточных радиометров теплового ИК-диапазона, которые нужны в создаваемой в настоящее время Глобальной Системе Наблюдения Земли (GEOSS). Постановщиком КЭ является ФГУП «ВНИИ оптико-физических измерений» Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии РФ, в подготовке и реализации КЭ участвуют специалисты ФГУП ЦНИИмаш.

В тепловом блоке (ТБ) научной аппаратуры КАЛИБР осуществляется термоциклирование, обеспечивающее последовательную кристаллизацию и плавление находящегося в нём галлия. В ходе космического эксперимента производится управление режимом работы ТБ (нагревом, охлаждением, термостабилизацией) и выполняются прецизионные измерения температуры в окружённой галлием полости ТБ. 

Способ возвращения результатов космических экспериментов

Результаты КЭ возвращаются на Землю вместе с научной аппаратурой – это видеозапись наблюдаемых процессов, а также информация о характеристиках процессов в запоминающем устройстве. В полёте на Землю передаётся краткая телеметрическая информация о состоянии работы научной аппаратуры.

ВИБРОЗАЩИТА

Научная аппаратура ВИБРОЗАЩИТА предназначена для изоляции установленной на ней научной аппаратуры от фоновых вибраций внутри спускаемого аппарата КА «Фотон-М» №4 во время его орбитального полета. Постановщиками КЭ «Виброзащита» являются ФГУП ЦНИИмаш и ФГБУН Институт проблем механики РАН имени А.Ю.Ишлинского.

На виброзащитной платформе монтируются акселерометры. Собственно в составе НА ВИБРОЗАЩИТА находятся два блока и кабель:

• виброзащитная платформа;
• блок питания и управления БПУ ВИБРО;
• межблочный кабель ВПЛ1.

Как уже упоминалось выше (в описании состава технических устройств научной аппаратуры ИМ-ФМ), для решения целевой задачи КЭ «Виброзащита» - определения эффективности разработанной пассивной виброзащитной платформы - используется блок ИМ-ФМ-СТ, функционально входящий в состав научной аппаратуры ИМ-ФМ.

КЭ «Виброзащита» проводится c целью изучения функциональных возможностей разработанной пассивной виброзащитной платформы для обеспечения защиты работы научной аппаратуры от фоновых бортовых вибраций. Задачами КЭ является снятие и последующий анализ вибрационных характеристик платформы, данных акселерометров для оценки эффективности работы используемых в научной аппаратуре Виброзащита виброизолирующих узлов, выполненных по схеме «пружинный крест».

Научная аппаратура ВИБРОЗАЩИТА имеет два режима работы:

• изоляция подвижной части платформы с закрепленным на ней оборудованием от вибраций, возникающих на борту КА;
• жесткая механическая стыковка подвижной и неподвижной частей платформы и передача вибраций, возникающих на борту КА, напрямую на оборудование, закреплённое на виброзащитной платформе, для проведения сравнительных исследований эффективности работы этой платформы.

Виброзащитная платформа состоит из:

• подвижной платформы;
• основания;
• виброизолирующих узлов;
• системы арретиров;
• двух комплектов датчиков виброускорений на подвижной платформе и основании.

Подвижная платформа соединена с основанием с помощью виброизолирующих узлов, выполненных по схеме «пружинный крест». Для жёсткой фиксации подвижной платформы во втором режиме работы платформы служит система арретиров, состоящая из четырёх моторов с фиксаторами.

Полученные результаты космического эксперимента будут использованы при разработке виброизолируемых бортовых технологических установок следующего поколения, предназначенных для проведения экспериментов по космическому материаловедению.

Способ возвращения результатов космических экспериментов

Результаты КЭ возвращаются на Землю вместе с научной аппаратурой – это данные наблюдаемых процессов, а также информация об их характеристиках в запоминающем устройстве. В полёте на Землю передаётся краткая телеметрическая информация о состоянии работы научной аппаратуры.

КСКМ

Научная аппаратура КСКМ решает задачи мониторинга поля бортовых микроускорений и исследования возможности их снижения системой электромагнитов во время всего орбитального полета КА «Фотон-М» №4 (для проведения оперативного расчета низкочастотной составляющей микроускорения в диапазоне значений от 10^-4g_о до 10^-7g_о на текущий момент времени по измерениям вектора магнитной индукции геомагнитного поля и данным состояния кинематических параметров КА - вектора угловой скорости вращения, вектора местоположения и вектора скорости - и формирования компенсирующего момента на уровне 1% от расчетного), а также вести слежение за магнитной обстановкой внутри спускаемого аппарата КА «Фотон-М» №4.

Для решения этих задач разработаны программно-аппаратные средства контроля состояния и компенсации микроускорений (КСКМ), в состав которых входят:

• бортовая научная аппаратура КСКМ, разработанная Самарским государственным аэрокосмическим университетом (СГАУ);
• автоматизированное рабочее место (АРМ) аппаратуры КСКМ с системным и специальным программно-математическим обеспечением, разработанное ФГБУН Институтом прикладной математики имени М.В. Келдыша РАН;
• бортовое программное математическое обеспечение функционирования НА КСКМ в составе КА и реализованная на средствах бортовой вычислительной системы КА, программное обеспечение НА КСКМ и схема информационного взаимодействия аппаратуры КСКМ с наземными средствами управления КА и АРМ КСКМ, которые разработаны специалистами ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс».

В состав НА КСКМ входят:

• блок электроники с контроллером и специальным программно-математическим обеспечением для управления работой НА, обработки измерений геомагнитного поля, расчета низкочастотных микроускорений и величины управляющего магнитного момента с коэффициентом усиления 10^-3 от расчетного  значения, подаваемого на электромагниты в целях имитации компенсации возмущений, а также для формирования программной телеметрической информации (ПрТМИ);
• три трехкомпонентных датчика для измерения вектора магнитной индукции внутри СА;
• три электромагнита, инициирующие магнитный момент для компенсации возмущений, действующих на КА;
• мультиплексный канал обмена информацией, по которому передаются данные от бортовой вычислительной системы КА в НА КСКМ, включая следующие: угловая скорость КА по данным измерений системы управления движением, навигационная информация от бортовой системы координатно-временного обеспечения в составе данных измерений компонентов вектора местоположения и вектора скорости КА, а также информационный массив для управления НА КСКМ.

В состав программной телеметрической информации включены данные, необходимые для мониторинга поля бортовых остаточных микроускорений на борту КА, а также параметры для анализа работоспособности НА.

Сформированная телеметрическая информация передается каждые сутки на Землю по каналам и обрабатывается  средствами АРМ КСКМ, которые входят в состав аппаратуры, которой располагает группа обеспечения экспериментов на территории ЦУП ЦНИИмаш.

На средствах АРМ КСКМ устанавливается специальное программно-математическое обеспечение, позволяющее:

• управлять работой аппаратуры КСКМ;
• выполнять расчет и анализ уровня микроускорений на борту КА по телеметрическим данным, полученным от аппаратуры КСКМ;
• вести расчет величины управляющего магнитного момента, подаваемого на электромагниты НА для компенсации возмущений. 

Способ возвращения результатов космических экспериментов

По радиоканалу в сеансах передачи телеметрической информации, а также в виде записей в запоминающем устройстве, возвращённом на Землю в составе научной аппаратуры внутри спускаемого аппарата.

БЕЛКА

Научная аппаратура БЕЛКА предназначена для получения  совершенных  по  структуре монокристаллов  белков,  пригодных  для  рентгеноструктурного  анализа, получения биокристаллических пленок из объемного раствора на подложках с использованием эффекта искусственной эпитаксии. В результате проведения полёта должна получить дополнительную квалификацию На БЕЛКА и должны быть отработаны в условиях космического полёта методики кристаллизации  большого  количества (по наименованиям) белков в интересах фундаментальной и прикладной биологии, медицины, фармакологии и микроэлектроники.

Эта научная аппаратура представляет собой автоматическую установку, обеспечивающую проведение  исследований по выращиванию кристаллов белков методами жидкостной диффузии и диффузии из газовой среды при прецизионном поддержании заданных температурных условий кристаллизации.

Она делится на две составляющих, в свою очередь включающих следующие основные части:

• блок кристаллизации (БК);
• блок управления (БУ);
• комплект межблочных электрических кабелей.

В научной аппаратуре БЕЛКА обеспечивается постоянная температура термостатирования модулей кристаллизации во время хранения и на всех фазах проведения эксперимента в диапазоне температур от +4°С до +20^оС.

В космических экспериментах на борту КА «Фотон-М» №4 будут кристаллизоваться в общей сложности тридцать белков – то есть запланировано проведение тридцати космических экспериментов научной программы «БЕЛКА». Примеры изучаемых белков:

• белок-шаперон человека DJ-1, участвующий в регуляции клеточного ответа на окислительный стресс (этот белок активно изучается в настоящее время в связи с обнаружением его связи с болезнью Паркинсона);
• белки из организмов Exiguobacterium sp.255-15, Thermotoga maritima и Deinococcus radiodurans, которые представляют потенциальный биотехнологический интерес, так как эти микроорганизмы являются экстремофилами;
• белки из микроорганизмов Salmonella tiphimurium и Vibrio cholerae, являющиеся потенциальными мишенями для терапии, так как микроорганизмы, из которых они выделены, являются патогенными.

Постановщиками космических экспериментов являются Институт кристаллографии РАН/Филиал ИК РАН – НИЦ КМ  и НИЦ «Курчатовский институт», в эксперименте принимают участие специалисты ФГУП «ЦЭНКИ»-НИИСК. 

Способ возвращения результатов космических экспериментов

Результаты КЭ возвращаются на Землю вместе с научной аппаратурой – это данные наблюдаемых процессов кристаллизации белков, а также информация о характеристиках процессов в запоминающем устройстве. В полёте на Землю передаётся краткая телеметрическая информация о состоянии работы научной аппаратуры.

КРИСТАЛЛ

Научная аппаратура КРИСТАЛЛ предназначена для получения высокосовершенных кристаллов белков способом температурного управления процессом кристаллизации. Постановщиком шести планируемых КЭ является Научно-исследовательский центр «Космического материаловедения» - филиал Института кристаллографии РАН (г. Калуга). Эта научная аппаратура реализует способ температурного управления процессами кристаллизации белка. Управление температурой влияет на растворимость белка и скорость роста кристаллов, оставляя другие параметры кристаллизации (концентрацию белка и осадителя, объём) неизменными. При этом с помощью локального понижения температуры в объеме раствора белка можно регулировать количество зародышей и скорость роста кристаллов, и тем самым сделать процесс кристаллизации белков управляемым и воспроизводимым. В земных условиях этот метод обеспечивает приближение к диффузионному массопереносу, а в условиях невесомости – чисто диффузионный механизм массопереноса при исключении конвекций любого вида с прецизионной ±(0,1–0,2)°C локальной стабилизацией температуры и управлением ею в ходе процесса кристаллизации, что создаёт условия самоорганизации молекул белка при встраивании их в кристаллическую решетку и позволяет реализовать высокое совершенство выращиваемых кристаллов. При этом в невесомости появляется возможность оптимизировать массоперенос, обусловленный возникновением концентрационной неоднородности вокруг растущего кристалла. Отсутствие конвекции в процессе кристаллизации позволяет также минимизировать влияние вибраций на процессы кристаллизации.

Научная аппаратура КРИСТАЛЛ выполнена в виде моноблока, состоящего из трех функциональных блоков:

• герметичной теплоизолированной камеры;
• кассеты с капиллярами белковых растворов;
• устройства управления.

Научная аппаратура КРИСТАЛЛ обеспечивает заданную температуру всего раствора капилляра и в локальной точке в диапазоне (4 ¸ 40)^о С, при этом точность поддержания заданного значения температуры составляет  ±0,1^оС. Научная аппаратура обеспечивает регулируемый нагрев и охлаждение с необходимой в данных экспериментах скоростью, в диапазоне (1¸1,5)^о С/мин. Продолжительность непрерывной работы установки при проведении одного эксперимента не превышает 1000 часов. Эксперименты проводятся полностью в автоматическом режиме. Запуск научной аппаратуры производится путем передачи управляющих команд из бортового компьютера или по командам с Земли, предусмотрена возможность накопления и передачи информации по телеметрии на Землю.

Для проведения шести космических экспериментов программы «Кристалл» в качестве объекта исследований выбраны кристаллы белка лизоцима – фермента, разлагающего бактериальные стенки, реализующего таким образом иммунные функции живых организмов. Этот белок часто используется в качестве модельного материала для изучения процессов выращивания кристаллов белков, поскольку условия его кристаллизации хорошо изучены в наземных лабораториях.

Таким образом, в полёте КА «Фотон-М» №4 будут проведены эксперименты по получению в космосе кристаллов белков высокого структурного совершенства методами жидкостной диффузии, диффузии из газовой среды и новым для получения белков в космосе методом «направленной кристаллизации». Полученные в космосе кристаллы белков предполагается использовать для фундаментальных исследований, которые могут стать основой будущей разработки лекарственных препаратов методом так называемого «драг-дизайна», а также найти применение в интенсивно развивающейся биоэлектронике и молекулярной медицине.

Научная аппаратура КРИСТАЛЛ обеспечивает заданную температуру всего раствора капилляра и в локальной точке в диапазоне (4 ¸ 40)^о С, при этом точность поддержания заданного значения температуры составляет  ±0,1^оС. Научная аппаратура обеспечивает регулируемый нагрев и охлаждение с необходимой в данных экспериментах скоростью, в диапазоне (1¸1,5)^о С/мин. Продолжительность непрерывной работы установки при проведении одного эксперимента не превышает 1000 часов. Эксперименты проводятся полностью в автоматическом режиме. Запуск научной аппаратуры производится путем передачи управляющих команд из бортового компьютера или по командам с Земли, предусмотрена возможность накопления и передачи информации по телеметрии на Землю.

Для проведения шести космических экспериментов программы «Кристалл» в качестве объекта исследований выбраны кристаллы белка лизоцима – фермента, разлагающего бактериальные стенки, реализующего таким образом иммунные функции живых организмов. Этот белок часто используется в качестве модельного материала для изучения процессов выращивания кристаллов белков, поскольку условия его кристаллизации хорошо изучены в наземных лабораториях.

Таким образом, в полёте КА «Фотон-М» №4 будут проведены эксперименты по получению в космосе кристаллов белков высокого структурного совершенства методами жидкостной диффузии, диффузии из газовой среды и новым для получения белков в космосе методом «направленной кристаллизации». Полученные в космосе кристаллы белков предполагается использовать для фундаментальных исследований, которые могут стать основой будущей разработки лекарственных препаратов методом так называемого «драг-дизайна», а также найти применение в интенсивно развивающейся биоэлектронике и молекулярной медицине.

Способ возвращения результатов космических экспериментов

Результаты КЭ возвращаются на Землю вместе с научной аппаратурой – это данные наблюдаемых процессов кристаллизации белков, а также информация о характеристиках процессов в запоминающем устройстве. В полёте на Землю передаётся краткая телеметрическая информация о состоянии работы научной аппаратуры.

БИОКОНТ-Б2

Научная аппаратура БИОКОНТ-Б2 предназначена для исследования фототропических реакций побегов мха и ростовых паттернов гаметофитов мхов в условиях космического полёта - невесомости, проникающей космической радиации и искусственно создаваемой гипомагнитной обстановки. В ходе экспериментальной программы с использованием научной аппаратуры БИОКОНТ-Б2 будут исследоваться два вида мхов: Physcomitrellapatens и Ceratodonpurpurens. Будут проведены два космических эксперимента - «Грависенсор» и «Фитопротеомика».

КЭ  «Грависенсор» посвящен исследованию фототропической реакции на освещение проростков мха белым, дальним красным, красным, синим светом по специальной циклограмме, при этом будет продолжено изучение особенностей реагирования растений на свет разной длины волны для выявления оптимальной чувствительности фототропической реакции.

Задачами проведения КЭ «Фитопротеомика» является продолжение исследований роста растений при отсутствии освещения в условиях микрогравитации, когда грави- и фоточувствительные рецепторы ростовых клеток не возбуждаются. В итоге проведения КЭ «Фитопротеомика» будут определены формы и величины прироста массы мха в зависимости от вида мха.

Постановщиками этих космических экспериментов являются специалисты ФГБУН ГНЦ РФ ИМБП РАН и МГУ совместно со специалистами ФГУП ЦНИИмаш.

Аппаратура представляет собой модернизированные биоконтейнеры НА БИОКОНТ-Б, которые успешно прошли лётные испытания в полёте КА «Бион-М» № 1.

Освещение растений ведётся светодиодами; при этом используются пять боковых базовых светодиодов и три верховых. Вид растений снимается пакетами кадров, включение которых регистрируется телеметрически.

Сигналы с камер записываются поочерёдно двумя видеорегистраторами.

Расшифровка механизма фототропических реакций растений позволит обеспечить оптимальные условия для выращивания растительной продукции в земных и космических оранжереях, а также целенаправленно проводить селекцию сельскохозяйственных культур. Уже полученные в космических экспериментах результаты свидетельствуют о важности данного направления исследований как для фундаментальной, так и практической биологии.

Способ возвращения результатов космических экспериментов

Результаты КЭ возвращаются на Землю вместе с научной аппаратурой – это данные видеонаблюдений за биообъектами, а также информация об их характеристиках в запоминающем устройстве. В полёте на Землю передаётся краткая телеметрическая информация о температуре внутри контейнеров и о состоянии функционирования научной аппаратуры.

ФЛЮОР-П

Научная аппаратура ФЛЮОР-П предназначена для проведения исследований кинетики внутриклеточных параметров клеток человека и животных в условиях микрогравитации. Целевые задачи экспериментальной программы «Флуотрек» на основе этой аппаратуры: исследование динамики изменения состояния внутриклеточных систем при действии факторов космического полета; многопараметрический флуоресцентный анализ состояния иммунокомпетентных клеток in vitro в условиях микрогравитации. Постановщик шести планируемых экспериментов в рамках программы «Флуотрек» – ГНЦ РФ ИМБП РАН, эксперимент проводится с участием специалистов ЗАО «СКБ ЭО при  ИМБП РАН». Актуальность этой космической экспериментальной программы обусловлена тем, что ранее проведённые космические эксперименты позволяли выполнить только послеполетный анализ возвращаемого биологического материала, не проводилась динамическая регистрация каких-либо клеточных параметров в течение длительного периода времени,  при этом многие механизмы гравитационной чувствительности клеток остаются неясными. Исследование влияния микрогравитации на внутриклеточные параметры, отражающие интегральные характеристики функционального состояния клетки, такие как состояние митохондрий и система внутриклеточной рН-регуляции, а также анализ влияния температурного режима на динамику функционального состояния клеток при различных гравитационных нагрузках (этапы полета), позволяет приблизиться к более глубокому пониманию процессов, происходящих в клетках, экспонированных в условиях микрогравитации. В качестве объекта исследований в данном эксперименте используется суспензионная культура лимфоцитов человека, выделенных из периферической крови человека непосредственно перед проведением эксперимента.

Оценка влияния микрогравитации и других факторов космического полёта на состояние исследуемого биоматериала осуществляется с помощью метода флуоресцентных зондов. В эксперименте регистрируются интенсивность флуоресценции объектов и температура в измерительной камере. Научная аппаратура «ФЛЮОР-П» - это прецизионный малогабаритный, автономный, многоканальный флуориметр с программируемым алгоритмом работы, предназначенный для регистрации динамики дифференциального флуоресцентного сигнала нано- и микрообъектов органической и неорганической природы (суспензированные клеточные органелы, клетки человека и животных, одноклеточные водоросли, бактерии, флуоресцирующие коллоидные растворы различной природы) в малых объемах. Кроме этого, прибор позволяет регистрировать синхронно с основными измерениями температуру, а также данные о пространственном положении и об уровне остаточного ускорения как основные физические факторы, влияющие на анализируемый объект.

Прибор конструктивно выполнен в виде моноблока, имеющего в своем составе:

• 8 блоков регистрации (в дальнейшем БР), в том числе, 6 основных и 2 резервных;
• плата микропроцессора прибора, с разъемом для подключения контрольно-испытательной аппаратуры;
• блок питания платы микропроцессора;
• блоки питания БР;
• корпус прибора.

Основным элементом блока регистрации является измерительная ячейка. Измерительная ячейка имеет герметичное кюветное отделение, в котором размещается герметичная кювета с анализируемой суспензией микрообъектов. Измерительная ячейка обладает тремя оптическими каналами:

• оптическим каналом источника возбуждающего излучения, в котором размещена светодиодная матрица (светодиод с электронной платой) и необходимая оптика;
• двумя каналами измерения интенсивности флуоресцентного сигнала с установленными в них интерференционными фильтрами, необходимой оптикой и приёмником излучения (фотодиодом).

Электронная плата управления светодиодной матрицей, входящая в состав блока регистрации, обеспечивает управление источником возбуждающего излучения. Конструктивно плата размещается на корпусе измерительной ячейки. Регистрация сигнала, его усиление и измерение производится электронной платой фотодиода, которая также входит в состав блока измерения и размещается на корпусе измерительной ячейки. На этой же плате размещен датчик температуры, обеспечивающий измерение температуры.

Для экранирования электромагнитного излучения, возникающего при работе электроники блока регистрации, и для обеспечения защиты его электронных элементов от возможного случайного механического воздействия обслуживающего персонала во время подготовки прибора к эксплуатации, блок регистрации имеет жесткий тонкостенный цилиндрический корпус из алюминиевого сплава. Все блоки регистрации, входящие в состав прибора, распределены на две группы - по четыре блока в каждую группу. Каждая группа закреплена на внутренних поверхностях противоположных боковых стенок корпуса прибора, что обеспечивает симметричное расположение его центра массы. Плата микропроцессора прибора с разъемом для подключения контрольно-испытательной аппаратуры (КИА) предназначена для обеспечения:

• работы блоков регистрации, входящих в состав прибора, по алгоритму, заданному постановщиком эксперимента;
• сбора и хранения информации, полученной при измерении интенсивности флуоресценции, температуры и величины и направления воздействия на прибор статического ускорения;
• обеспечения обработки и обмена информации с компьютером, являющимся КИА прибора, используемым во время проведения пред- и послеполетных работ с прибором.

Плата микропроцессора прибора имеет в своем составе датчик измерения величины и направления воздействия на прибор статического ускорения. Плата микропроцессора конструктивно расположена на внутренней поверхности основания корпуса прибора. Блок питания платы микропроцессора состоит из трех ячеек, в каждой из которых размещены два элемента питания LR6(AA) соединенных последовательно.

Научная аппаратура ФЛЮОР-П является автономным прибором, не имеющим электрических связей с системами КА. Прибор  разработан для проведения продолжительных программируемых автономных экспериментов в условиях космического полета на автоматических КА. Программно-математическое обеспечение прибора позволит осуществить комплексные эксперименты с использованием культуры клеток в суспензии, а постоянная регистрация данных на встроенную флэш-карту даст возможность проанализировать динамику выбранных параметров.

Предполагается провести полномасштабный анализ динамики изменений важнейших внутриклеточных параметров (энергетическое состояние митохондрий и уровень внутриклеточного водородного показателя рН) при действии факторов космического полета и оценить возможный вклад температурных влияний на эффекты микрогравитации.

Полученные результаты позволят разработать дальнейшую методологию исследования состояния внутриклеточных систем в условиях микрогравитации, разработать скрининговую систему экспресс-тестов для оценки функционального состояния клеток на различных этапах космического полета, которая в первую очередь будет ориентирована для расширения экспериментальных возможностей космических медицины и биологии. Кроме того, данные эксперимента впервые позволят в условиях всех фаз космического полета проанализировать функциональное состояние клетки в динамике.

Способ возвращения результатов космических экспериментов

Результаты КЭ возвращаются на Землю вместе с научной аппаратурой (прибор является автономным).