«BioSentinel»

16.11.2022 6:47.44 - старт 22 ноября 2022 года - пролетел примерно в 250 милях над поверхностью Луны

Вики:
BioSentinel - это наноспутник высотой 6U, разрабатываемый NASA/ARC (Исследовательский центр Эймса). Миссия была выбрана в 2013 году в качестве одной из дополнительных полезных нагрузок для запуска наноспутника в качестве дополнительной полезной нагрузки на борту исследовательской миссии-1 (EM-1) НАСА SLS (Space Launch System), запуск которой был запланирован на 2019/2020 гг. Впервые за более чем сорок лет прямые экспериментальные данные биологических исследований за пределами НОО (низкая околоземная орбита) будут получены во время 12–18-месячной миссии BioSentinel. BioSentinel будет измерять повреждение и восстановление ДНК в биологическом организме и сравнивать это с информацией от бортовых датчиков физического излучения. Эти данные будут доступны для проверки существующих моделей и экстраполяции на людей.
BioSentinel проведет первое исследование биологической реакции на космическое излучение за пределами НОО за более чем 40 лет. BioSentinel восполнит пробелы в стратегических знаниях, связанных с биологическими эффектами космической радиации, и предоставит адаптируемую платформу для выполнения измерений, связанных с человеком, в различных космических средах в будущем. Дрожжи - идеальный организм для этой миссии из-за своего космического наследия, они обладают высокой способностью восстанавливать DSB (двойные разрывы цепи) и могут храниться в стазисе в течение длительного периода времени. Более того, механизмы репарации DSB у дрожжей хорошо изучены и очень похожи на механизмы в клетках человека. Результаты BioSentinel будут иметь решающее значение для улучшения интерпретации последствий воздействия космической радиации и для снижения риска, связанного с долгосрочными исследованиями человека.
В эксперименте BioSentinel будет использоваться организм Saccharomyces cerevisiae (дрожжи) для сообщения о событиях DSB (двухцепочечный разрыв) ДНК, которые возникают в результате космического излучения. Ремонт DSB демонстрирует поразительную сохранность белков восстановления от дрожжей до человека. Летучий штамм будет включать в себя сконструированные генетические дефекты, которые препятствуют росту и делению до тех пор, пока радиационно-индуцированный DSB не активирует механизмы восстановления ДНК дрожжей. Запущенный рост культуры и метаболическая активность напрямую указывают на DSB и ее восстановление. Дрожжи будут переноситься в сухом состоянии в независимых микролунках с вспомогательной электроникой. Подсистема измерения будет последовательно активировать и контролировать лунки, оптически отслеживая рост клеток и метаболизм. BioSentinel также будет включать датчики излучения TimePix, реализованные группой RadWorks NASA / JSC (Космический центр Джонсона).
BioSentinel будет развивать наноспутниковые технологии, которые будут включать в себя: связь и навигацию в дальнем космосе, автономное управление ориентацией и управление импульсом, а также системы микродвигателя, чтобы обеспечить адаптируемую платформу наноспутников для использования в дальнем космосе.
Космический аппарат:

Космический аппарат BioSentinel реализуется с использованием уроков, извлеченных как из линии наноспутников НАСА / ARC, так и из миссии LADEE (Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer).
Использование малых космических аппаратов в межпланетных миссиях обещает снизить стоимость миссий и позволит проводить больше миссий по исследованию планет. Одной из важнейших технологий для выполнения этих миссий являются миниатюрные двигательные установки, способные как выполнять поступательные маневры, так и управлять ориентацией.
CubeSat с более высокой скоростью передачи данных переходят с диапазонов любительского радио на более высокие диапазоны частот. В рамках NASA / GSFC (Центр космических полетов им. Годдарда) была предложена высокоуровневая архитектура связи для будущей связи CubeSat "космос-земля". Эта архитектура предназначена для прямой связи CubeSat с землей, связи CubeSat со спутниковой системой ретрансляции данных (TDRSS), группировки CubeSat с прямой связью с землей Mothership и связи CubeSat с Mothership через KSA (K-Band Single Access). Было проведено исследование, чтобы изучить эту коммуникационную архитектуру с помощью моделирования, анализа и идентификации технологий, чтобы разработать оптимальные концепции коммуникации для связи CubeSat. Сеть радиочастотной связи описана в главе «Наземный сегмент».
Двигатели на холодном газе:
Двигатель малой тяги на холодном газе - это двигательная установка, в которой топливо не подвергается сгоранию или электромагнитному ускорению. Топливо удерживается под давлением в двигателе малой тяги и выпускается через сопло для создания тяги. Такие системы имеют более низкий удельный импульс, чем двигатели внутреннего сгорания или электрические двигатели, что означает, что они генерируют меньший общий импульс на единицу массы топлива. Однако в двигателях с холодным газом могут использоваться инертные топлива, что снижает риски при обращении с ними, и они имеют относительно низкое энергопотребление по сравнению с электрическими двигателями.
Двигатели на холодном газе ранее использовались на спутниках CubeSats. Первым космическим аппаратом размером с CubeSat, в котором в космосе использовался двигатель на холодном газе, был MEPSI (Инспектор PICOSAT на базе микроэлектромеханической системы). В этой миссии участвовала пара космических аппаратов, развернутых в 2006 году, один из которых был оборудован миниатюрным двигателем на холодном газе. Двигатель малой тяги использовался для маневрирования первого космического аппарата относительно второго космического аппарата и достиг общего значения 0,4 м/с. В 2014 году для миссии INSPIRE была разработана пара двигателей управления ориентацией на холодном газе, пара спутников 3U CubeSat, разработанная Лабораторией реактивного движения для демонстрации возможностей малых спутников за пределами околоземной орбиты. В 2015 году холодный газовый двигатель был продемонстрирован на низкой околоземной орбите на космическом корабле POPSAT-HIP1. В этой силовой установке использовался аргон под давлением, чтобы обеспечить 2.25 и 3 м/с. Подруливающее устройство BioSentinel в значительной степени унаследовано от двигателей управления ориентацией INSPIRE и использует те же электромагнитные клапаны и топливо.
Обзор конструкции: Конструкция подруливающего устройства состоит из компонента, напечатанного на 3D-принтере, и пяти стальных коллекторов, прикрепленных к компоненту с печатью и уплотненных уплотнительными кольцами. Структура, напечатанная на 3D-принтере, напечатана с использованием технологии SLA (Selective Laser Ablation) и изготовлена из Accura Bluestone. Bluestone - это керамический композит с относительно высоким пределом прочности на разрыв 66 МПа.
Печатная структура содержит два топливных бака, основной бак и камеру статического давления, а также семь форсунок и трубопроводы подачи топлива. В основном баке хранится большая часть топлива (до 200 граммов) в виде насыщенной парожидкостной смеси, тогда как в камере статического давления хранится меньшее количество (до 2 граммов) только в виде пара. Форсунки питаются напрямую от приточной камеры. Такое расположение позволяет более точно контролировать давление за соплами и предотвращает попадание жидкости в какие-либо сопла.
Восемь миниатюрных соленоидных клапанов используются для управления потоком. Один клапан управляет потоком из основного резервуара в нагнетательную камеру, а каждый из остальных семи клапанов регулирует поток из нагнетательной камеры к одному из семи сопел. Эти клапаны прикреплены с помощью компрессионных фитингов к двум стальным коллекторам.
Электроника . Подруливающее устройство оснащено двумя датчиками давления и двумя термисторами, которые ввинчиваются в стальные коллекторы. Каждому баллону с топливом закреплена одна пара датчиков, поэтому давление и температура каждого баллона периодически измеряются. Подруливающее устройство имеет две печатные платы, прикрепленные к двум вентильным блокам. Каждый коллектор содержит четыре клапана, и электрические выводы этих клапанов впаяны непосредственно в металлические отверстия на печатных платах. Эти платы содержат схемы синхронизации для подачи правильного напряжения на клапаны с очень точными интервалами.
Одна из печатных плат также содержит микроконтроллер LPC1549, который управляет двигателем. Микроконтроллер управляет переключателями питания, которые питают соленоидные клапаны, считывает данные с датчиков и обменивается данными с бортовым компьютером BioSentinel через последовательный порт.
Концепция работы двигателя: При развертывании с ракеты-носителя в основном баке будет находиться вся смесевая нагрузка, а в камере будет вакуум. Перед запуском подруливающего устройства камера статического давления будет заполнена из основного резервуара до тех пор, пока не достигнет 95% давления в основном резервуаре. Во время работы двигателя давление в камере будет падать по мере расхода топлива. Когда давление в камере падает ниже заданного пользователем порога, подруливающее устройство прекращает работу и наполняет камеру из главного бака. Этот порог номинально установлен на 80% от текущего давления в главном резервуаре. После повторного заполнения камеры подруливающее устройство возобновляет нормальную работу. Приблизительно две секунды непрерывного горения необходимы для снижения давления с 95% до 80%, и примерно три секунды необходимо для наполнения камеры статического давления обратно до 95% при работе при 25°C.
Инженерное подразделение было построено и испытано на специализированном испытательном стенде микродвигателя в Лаборатории проектирования космических систем Технологического института Джорджии.
Запуск: запуск беспилотного EM-1 (Exploration Mission-1) состоится в 2020 году в первом испытательном полете SLS НАСА. Запуск будет производиться из стартового комплекса 39-B в Космическом центре Кеннеди на мысе Канаверал, Флорида.
Сайт:
Все спутники CubeSat летят в космос внутри OSA (адаптера ступени Orion), который находится между ICPS (промежуточная ступень криогенного движения) и Orion (рис. 8 ). КубСаты будут развернуты после отделения Ориона от верхней ступени и когда Орион окажется на безопасном расстоянии.
Основная цель BioSentinel - разработать биосенсор с использованием простого модельного организма для обнаружения, измерения и корреляции воздействия космической радиации на живые организмы в течение длительного времени за пределами НОО (низкая околоземная орбита). Несмотря на значительный прогресс в выявлении и описании эффектов биологической радиации с использованием наземных установок, ни один наземный источник не дублирует уникальную космическую радиационную среду.
Биосенсор BioSentinel использует почкующиеся дрожжи S. cerevisiae для обнаружения и измерения DSB (двухцепочечных разрывов), возникающих в ответ на радиацию окружающего пространства. DSB представляют собой вредные повреждения DNS, которые возникают в результате воздействия высокоэнергетических частиц в излучении дальнего космоса без ошибок со стороны клетки. Биосенсор состоит из генно-инженерных штаммов дрожжей и стратегий отбора питательных веществ, которые гарантируют, что только клетки, у которых есть восстановленные DSB, будут расти в специализированных средах. Следовательно, рост культуры и метаболическая активность дрожжевых клеток напрямую указывают на успешное событие DSB-и-восстановления.

Сайт НАСА
После первоначального получения телеметрии от космического корабля около 4 часов утра по тихоокеанскому стандартному времени 16 ноября данные о состоянии и состоянии показали, что КА кувыркается, и команда работала с сетью дальнего космоса, чтобы отправить команды и устранить аномалию.
«Команда запросила и получила экстренный пропуск от Сети дальнего космоса, чтобы попытаться отдать команду на исправление КА», — сказал Мэтт Наполи, руководитель проекта BioSentinel в Исследовательском центре Эймса НАСА в Силиконовой долине в Калифорнии, где аппарат был построен и управляется. «Затем команда отправила аппарату команду выполнить стабилизацию. Пару напряженных часов спустя, в 8:05 утра по тихоокеанскому стандартному времени, команда получила телеметрию, показывающую, что стабилизация прошла успешно».
С тех пор аппарат оставался стабильным и продолжал выполнять этапы своей миссии, как и планировалось. Это включает в себя его успешный облет Луны 22 ноября 2022 года, когда BioSentinel пролетел примерно в 250 милях над поверхностью Луны. И вскоре после этого он успешно вышел из 36-минутной темноты, когда Луна затмила аппарат. Он снова направил свои солнечные батареи на Солнце и перезаряжает батареи, готовясь к началу своего эксперимента, который, как ожидается, начнется в следующем месяце.
«Мы рады видеть, как поживают дрожжи после начала эксперимента и получения первых научных данных с аппарата», — сказал Наполи.