Presentación El papel de la biología en la exploración espacial. Presentación sobre el tema "El papel de la biología en la exploración espacial". Equipo científico utilizado.

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Para comprender el papel de la biología en la investigación espacial, debemos recurrir a la biología espacial. La biología espacial es un complejo de ciencias predominantemente biológicas que estudian: 1) las características de la vida de los organismos terrestres en el espacio exterior y durante los vuelos en naves espaciales 2) la vida. principios de la construcción de sistemas de soporte biológico actividades vitales de los miembros de la tripulación de naves espaciales y estaciones 3) formas de vida extraterrestres.

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La biología espacial es una ciencia sintética que ha reunido en un todo los logros de diversas ramas de la biología, la medicina aeronáutica, la astronomía, la geofísica, la radioelectrónica y muchas otras ciencias y ha creado sus propios métodos de investigación a partir de ellas. El trabajo en biología espacial se lleva a cabo con varios tipos de organismos vivos, desde virus hasta mamíferos.

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La tarea principal de la biología espacial es estudiar la influencia de los factores de los vuelos espaciales (aceleración, vibración, ingravidez, entorno gaseoso alterado, movilidad limitada y aislamiento completo en volúmenes cerrados y sellados, etc.) y el espacio exterior (vacío, radiación, campo magnético reducido). fuerza, etc). La investigación en biología espacial se lleva a cabo en experimentos de laboratorio que, en un grado u otro, reproducen la influencia de factores individuales de los vuelos espaciales y el espacio exterior. Sin embargo, los más importantes son los experimentos biológicos de vuelo, durante los cuales es posible estudiar la influencia de un complejo de factores ambientales inusuales en un organismo vivo.

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Se enviaron a vuelos en satélites terrestres artificiales y naves espaciales conejillos de Indias, ratones, perros, plantas superiores y algas (Chlorella), diversos microorganismos, semillas de plantas, cultivos aislados de tejidos humanos y de conejos y otros objetos biológicos.

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En las zonas de entrada en órbita, los animales mostraron una aceleración del ritmo cardíaco y de la respiración, que desapareció gradualmente después de que la nave espacial pasó al vuelo orbital. El efecto inmediato más importante de la aceleración son los cambios en la ventilación pulmonar y la redistribución de la sangre en el sistema vascular, incluida la circulación pulmonar, así como los cambios en la regulación refleja de la circulación sanguínea. La normalización del pulso después de la exposición a aceleraciones en gravedad cero ocurre mucho más lentamente que después de pruebas en una centrífuga en condiciones terrestres. Tanto los valores medios como absolutos de la frecuencia del pulso en gravedad cero fueron más bajos que en los experimentos de simulación correspondientes en la Tierra y se caracterizaron por fluctuaciones pronunciadas. El análisis de la actividad motora de los perros mostró una adaptación bastante rápida a condiciones inusuales de ingravidez y la restauración de la capacidad de coordinar movimientos. Se obtuvieron los mismos resultados en experimentos con monos. Los estudios de reflejos condicionados en ratas y cobayas después de su regreso de un vuelo espacial han demostrado la ausencia de cambios en comparación con los experimentos previos al vuelo.

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Para el desarrollo ulterior de la dirección ecofisiológica de la investigación fueron importantes los experimentos en el biosatélite soviético "Cosmos-110" con dos perros a bordo y en el biosatélite estadounidense "Bios-3", que llevaba un mono a bordo durante 22 días. Durante el vuelo, los perros estuvieron expuestos por primera vez no sólo a la influencia de factores inevitablemente inherentes, sino también a una serie de influencias especiales (irritación del nervio sinusal con corriente eléctrica, compresión de las arterias carótidas, etc.), que tenían como objetivo aclarar las características de la regulación nerviosa de la circulación sanguínea en condiciones de ingravidez. La presión arterial en los animales se registró directamente. Durante el vuelo del mono en el biosatélite Bios-3, que duró 8,5 días, se descubrieron cambios graves en los ciclos de sueño-vigilia (fragmentación de los estados de conciencia, transiciones rápidas de la somnolencia a la vigilia, una notable reducción de las fases del sueño asociadas con los sueños y los profundos). sueño), así como la alteración del ritmo diario de algunos procesos fisiológicos. La muerte del animal, que se produjo poco después del final anticipado del vuelo, se debió, según varios expertos, a la influencia de la ingravidez, que provocó la redistribución de la sangre en el cuerpo, la pérdida de líquido y la alteración de la función. el metabolismo del potasio y el sodio.

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Los estudios genéticos realizados en vuelos espaciales orbitales han demostrado que la exposición al espacio exterior tiene un efecto estimulante sobre las semillas secas de cebolla y nigella. Se descubrió una aceleración de la división celular en plántulas de guisantes, maíz y trigo. En el cultivo de una raza de actinomicetos (bacterias) resistente a la radiación, hubo 6 veces más esporas supervivientes y colonias en desarrollo, mientras que en una cepa sensible a la radiación (un cultivo puro de virus, bacterias, otros microorganismos o un cultivo celular aislado en determinado tiempo y lugar) hubo una disminución de 12 veces en los indicadores correspondientes. Los estudios posteriores al vuelo y el análisis de la información obtenida mostraron que un vuelo espacial de larga duración va acompañado, en mamíferos altamente organizados, del desarrollo de un desentrenamiento del sistema cardiovascular, una alteración del metabolismo agua-sal, en particular una disminución significativa de los niveles de calcio. contenido en los huesos.

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Como resultado de la investigación biológica realizada en misiles balísticos y de gran altitud, satélites, satélites y otras naves espaciales, se estableció que una persona puede vivir y trabajar en condiciones de vuelo espacial durante un tiempo relativamente largo. Se ha demostrado que la ingravidez reduce la tolerancia del cuerpo a la actividad física y dificulta la readaptación a las condiciones de gravedad normal (terrenal). Un resultado importante de la investigación biológica en el espacio es el establecimiento del hecho de que la ingravidez no tiene actividad mutagénica, al menos en relación con las mutaciones genéticas y cromosómicas. Al preparar y llevar a cabo futuras investigaciones ecofisiológicas y ecobiológicas en vuelos espaciales, se prestará especial atención al estudio de la influencia de la ingravidez en los procesos intracelulares, los efectos biológicos de las partículas pesadas con una gran carga, el ritmo diario de los procesos fisiológicos y biológicos y los efectos combinados de una serie de factores de los vuelos espaciales.

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La investigación en biología espacial permitió desarrollar una serie de medidas de protección y preparó la posibilidad de un vuelo humano seguro al espacio, que se llevó a cabo mediante vuelos de barcos soviéticos y luego estadounidenses con personas a bordo. La importancia de la biología espacial no termina. allá. La investigación en este ámbito seguirá siendo especialmente necesaria para resolver una serie de cuestiones, en particular para la exploración biológica de nuevas rutas espaciales. Esto requerirá el desarrollo de nuevos métodos de biotelemetría (un método para el estudio remoto de fenómenos biológicos y la medición de indicadores biológicos), la creación de dispositivos implantables para telemetría pequeña (un conjunto de tecnologías que permiten realizar mediciones remotas y recopilar información). al operador o usuario), la conversión de diversos tipos de energía que surgen en el cuerpo en la energía eléctrica necesaria para alimentar dichos dispositivos, nuevos métodos de "comprimir" información, etc. La biología espacial también desempeñará un papel extremadamente importante en el desarrollo. de biocomplejos, o sistemas ecológicos cerrados con organismos autótrofos y heterótrofos, necesarios para vuelos de larga duración.

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Liceo GOU No. 000

Distrito Kalininsky de San Petersburgo

Investigación

Investigación médica y biológica en el espacio.

Oleg Gurshev

Responsable: profesora de biología

San Petersburgo, 2011

Introducción 2

El inicio de la investigación biomédica a mediados del siglo XX. 3

El impacto de los vuelos espaciales en el cuerpo humano. 6

Exobiología. 10

Perspectivas de desarrollo de la investigación. 14

Lista de fuentes utilizadas. 17

Apéndice (presentación, experimentos) 18

Introducción

Biología y medicina espacial.- una ciencia compleja que estudia las características de la vida humana y otros organismos en condiciones de vuelo espacial. La principal tarea de la investigación en el campo de la biología y la medicina espaciales es el desarrollo de medios y métodos de soporte vital, preservando la salud y el rendimiento de los miembros de la tripulación de naves espaciales y estaciones durante vuelos de diferente duración y grado de complejidad. La biología y la medicina espaciales están indisolublemente ligadas a la cosmonáutica, la astronomía, la astrofísica, la geofísica, la biología, la medicina aeronáutica y muchas otras ciencias.

La relevancia del tema es bastante grande en nuestro moderno y acelerado siglo XXI.

El tema “Investigación Médica y Biológica” me ha interesado desde hace dos años, desde que decidí elegir mi profesión, por lo que decidí realizar un trabajo de investigación sobre este tema.

2011 es un año de aniversario: 50 años desde el primer vuelo humano al espacio.

Inicio de la investigación biomédica en el medioXXsiglo

Los siguientes hitos se consideran los puntos de partida en el desarrollo de la biología y la medicina espaciales: 1949: por primera vez fue posible realizar investigaciones biológicas durante los vuelos de cohetes; 1957 – Por primera vez, un ser vivo (la perra Laika) fue enviado a un vuelo orbital cercano a la Tierra en el segundo satélite terrestre artificial; 1961: se completa el primer vuelo tripulado al espacio. Para fundamentar científicamente la posibilidad de un vuelo humano al espacio médicamente seguro, se estudió la tolerabilidad de los impactos característicos del lanzamiento, vuelo orbital, descenso y aterrizaje en la Tierra de naves espaciales (SV), así como el funcionamiento de los equipos biotelemétricos y de soporte vital. Se probaron sistemas para astronautas. Se prestó especial atención al estudio de los efectos de la ingravidez y la radiación cósmica en el cuerpo.

Laika (perro cosmonauta) 1957

R Los resultados obtenidos durante los experimentos biológicos en cohetes, el segundo satélite artificial (1957), las naves espaciales giratorias (1960-1961), combinados con datos de estudios clínicos, fisiológicos, psicológicos, higiénicos y de otro tipo desde tierra, en realidad abrieron el camino al hombre. en el espacio. Además, los experimentos biológicos en el espacio en la etapa de preparación para el primer vuelo espacial humano permitieron identificar una serie de cambios funcionales que ocurren en el cuerpo bajo la influencia de los factores del vuelo, lo que sirvió de base para planificar experimentos posteriores con animales. y organismos vegetales durante vuelos de naves espaciales tripuladas, estaciones orbitales y biosatélites. El primer satélite biológico del mundo con un animal de experimentación: la perra "Laika". Lanzado a órbita el 3 de noviembre de 1957. Y permaneció allí durante 5 meses. El satélite existió en órbita hasta el 14 de abril de 1958. El satélite contaba con dos transmisores de radio, un sistema de telemetría, un dispositivo de software, instrumentos científicos para estudiar la radiación del Sol y los rayos cósmicos, sistemas de regeneración y control térmico para mantener las condiciones en la cabina. necesaria para la existencia del animal. Se obtuvo la primera información científica sobre el estado de un organismo vivo en condiciones de vuelo espacial.

Los logros en el campo de la biología y la medicina espaciales predeterminaron en gran medida los éxitos en el desarrollo de la astronáutica tripulada. junto con volar , realizado el 12 de abril de 1961, cabe destacar acontecimientos que marcaron época en la historia de la astronáutica, como el aterrizaje de los astronautas el 21 de julio de 1969. Armstrong(N. Armstrong) y aldrina(E. Aldrin) a la superficie de la Luna y vuelos de tripulaciones de muchos meses (hasta un año) en las estaciones orbitales Salyut y Mir. Esto fue posible gracias al desarrollo de los fundamentos teóricos de la biología y la medicina espaciales, la metodología para realizar investigaciones médicas y biológicas en vuelos espaciales, la justificación e implementación de métodos para la selección y preparación previa al vuelo de los astronautas, así como la desarrollo de equipos de soporte vital, monitoreo médico y mantenimiento de la salud y desempeño de los miembros de la tripulación en vuelo.

Equipo Apollo 11 (de izquierda a derecha): Neil. A. Armstrong, piloto del módulo de comando Michael Collins, comandante Edwin (Buzz) E. Aldrin.

Impacto de los vuelos espaciales en el cuerpo humano.

Durante los vuelos espaciales, el cuerpo humano se ve afectado por un complejo de factores relacionados con la dinámica del vuelo (aceleración, vibración, ruido, ingravidez), la permanencia en una habitación sellada de volumen limitado (entorno gaseoso alterado, hipocinesia, estrés neuroemocional, etc.). ), así como factores del espacio exterior como hábitat (radiación cósmica, radiación ultravioleta, etc.).

Al principio y al final de un vuelo espacial, el cuerpo está influenciado por aceleraciones lineales. . Sus valores, gradiente de aumento, tiempo y dirección de acción durante el período de lanzamiento e inserción de una nave espacial en la órbita terrestre baja dependen de las características del cohete y del complejo espacial, y durante el período de regreso a la Tierra, de la balística. características del vuelo y el tipo de nave espacial. La realización de maniobras en órbita también va acompañada del impacto de aceleraciones en el cuerpo, pero su magnitud durante los vuelos de las naves espaciales modernas es insignificante.

Lanzamiento de la nave espacial Soyuz TMA-18 a la Estación Espacial Internacional desde el cosmódromo de Baikonur

La información básica sobre el efecto de las aceleraciones en el cuerpo humano y los métodos de protección contra sus efectos adversos se obtuvo a través de investigaciones en el campo de la medicina aeronáutica, la biología espacial y la medicina solo complementaron esta información; Se ha descubierto que permanecer en condiciones de ingravidez, especialmente durante mucho tiempo, conduce a una disminución de la resistencia del cuerpo a los efectos de la aceleración. En este sentido, unos días antes del descenso de la órbita, los astronautas pasan a un régimen especial de entrenamiento físico, e inmediatamente antes del descenso reciben suplementos de agua y sal para aumentar el grado de hidratación del cuerpo y el volumen de sangre circulante. Se han desarrollado sillas especiales: soportes y trajes anti-g, lo que garantiza una mayor tolerancia a la aceleración cuando los astronautas regresan a la Tierra.

Entre todos los factores de los vuelos espaciales, el constante y prácticamente irreproducible en condiciones de laboratorio es la ingravidez. Su influencia en el organismo es diversa. Tanto las reacciones adaptativas inespecíficas características del estrés crónico como varios cambios específicos ocurren debido a la interrupción de la interacción de los sistemas sensoriales del cuerpo, la redistribución de la sangre a la mitad superior del cuerpo, la reducción de la dinámica y la eliminación casi completa de las cargas estáticas en el sistema musculoesquelético. .

EEI verano 2008

Los exámenes de los cosmonautas y numerosos experimentos con animales durante los vuelos de los biosatélites Cosmos permitieron establecer que el papel principal en la aparición de reacciones específicas combinadas en el complejo de síntomas de la forma espacial de mareo pertenece al aparato vestibular. . Esto se debe a un aumento en la excitabilidad de los receptores de otolitos y canales semicirculares en condiciones de ingravidez y a una interrupción en la interacción del analizador vestibular y otros sistemas sensoriales del cuerpo. En condiciones de ingravidez, los humanos y los animales muestran signos de desentrenamiento del sistema cardiovascular, aumento del volumen de sangre en los vasos del tórax, congestión en el hígado y los riñones, cambios en la circulación cerebral y disminución del volumen de plasma. Debido al hecho de que en condiciones de ingravidez cambia la secreción de la hormona antidiurética, la aldosterona y el estado funcional de los riñones, se desarrolla hipohidratación del cuerpo. Al mismo tiempo, disminuye el contenido de líquido extracelular y aumenta la excreción de sales del organismo de calcio, fósforo, nitrógeno, sodio, potasio y magnesio. Los cambios en el sistema musculoesquelético ocurren predominantemente en aquellas partes que, en condiciones normales de vida en la Tierra, soportan la mayor carga estática, es decir, los músculos de la espalda y las extremidades inferiores, en los huesos de las extremidades inferiores y las vértebras. Se produce una disminución de su funcionalidad, una ralentización del ritmo de formación del hueso perióstico, osteoporosis de la sustancia esponjosa, descalcificación y otros cambios que provocan una disminución de la resistencia mecánica de los huesos.

Durante el período inicial de adaptación a la ingravidez (tarda en promedio unos 7 días), aproximadamente uno de cada dos cosmonautas experimenta mareos, náuseas, falta de coordinación de movimientos, alteración de la percepción de la posición del cuerpo en el espacio, sensación de un torrente de sangre en la cabeza. dificultad en la respiración nasal y pérdida de apetito. En algunos casos, esto conduce a una disminución del rendimiento general, lo que dificulta el desempeño de las funciones profesionales. Ya en la etapa inicial del vuelo, aparecen los signos iniciales de cambios en los músculos y huesos de las extremidades.

A medida que aumenta la duración de la estancia en condiciones de ingravidez, muchas sensaciones desagradables desaparecen o se suavizan. Al mismo tiempo, en casi todos los astronautas, si no se toman las medidas adecuadas, progresan los cambios en el estado del sistema cardiovascular, el metabolismo, el tejido muscular y óseo. Para prevenir cambios desfavorables se utiliza una amplia gama de medidas y medios preventivos: tanque de vacío, bicicleta ergómetro, cinta de correr, trajes de carga de entrenamiento, estimulador muscular eléctrico, expansores de entrenamiento, suplementos de sal, etc. buena salud y un alto nivel de desempeño de los miembros de la tripulación en vuelos espaciales de larga duración.

Un factor acompañante inevitable de cualquier vuelo espacial es la hipocinesia, una limitación de la actividad motora que, a pesar del intenso entrenamiento físico durante el vuelo, conduce a un desentrenamiento general y astenia del cuerpo en condiciones de ingravidez. Numerosos estudios han demostrado que la hipocinesia prolongada, creada al permanecer en cama con la cabeza inclinada (-6°), tiene casi el mismo efecto en el cuerpo humano que la ingravidez prolongada. Este método de modelar en condiciones de laboratorio algunos de los efectos fisiológicos de la ingravidez se utilizó ampliamente en la URSS y Estados Unidos. La duración máxima de este experimento modelo, realizado en el Instituto de Problemas Médicos y Biológicos del Ministerio de Salud de la URSS, fue de un año.

Un problema específico es el estudio de los efectos de la radiación cósmica en el cuerpo. Los experimentos dosimétricos y radiobiológicos permitieron crear y poner en práctica un sistema para garantizar la seguridad radiológica de los vuelos espaciales, que incluye medios de control dosimétrico y protección local, fármacos radioprotectores (radioprotectores).

Estación orbital "MIR"

Las tareas de la biología y la medicina espaciales incluyen el estudio de principios biológicos y métodos para crear hábitats artificiales en naves y estaciones espaciales. Para hacer esto, seleccionan organismos vivos que son prometedores para su inclusión como vínculos en un sistema ecológico cerrado, estudian la productividad y sostenibilidad de las poblaciones de estos organismos, modelan sistemas experimentales unificados de componentes vivos y no vivos: biogeocenosis, determinan sus características y posibilidades funcionales. para uso práctico en vuelos espaciales.

También se está desarrollando con éxito una dirección de la biología y la medicina espaciales como la exobiología, que estudia la presencia, distribución, características y evolución de la materia viva en el Universo. A partir de experimentos con modelos terrestres y estudios en el espacio, se han obtenido datos que indican la posibilidad teórica de la existencia de materia orgánica fuera de la biosfera. También se está llevando a cabo un programa de búsqueda de civilizaciones extraterrestres mediante la grabación y análisis de señales de radio procedentes del espacio.

"Soyuz TMA-6"

Exobiología

Una de las áreas de la biología espacial; busca materia viva y sustancias orgánicas en el espacio y en otros planetas. El objetivo principal de la exobiología es obtener evidencia directa o indirecta de la existencia de vida en el espacio. La base de esto es el descubrimiento de precursores de moléculas orgánicas complejas (ácido cianhídrico, formaldehído, etc.), que fueron descubiertos en el espacio exterior mediante métodos espectroscópicos (en total se encontraron hasta 20 compuestos orgánicos). Los métodos de exobiología son diferentes y están diseñados no solo para detectar manifestaciones extraterrestres de vida, sino también para obtener algunas características de posibles organismos extraterrestres. Para asumir la existencia de vida en condiciones extraterrestres, por ejemplo, en otros planetas del sistema solar, es importante determinar la capacidad de supervivencia de los organismos al reproducir experimentalmente estas condiciones. Muchos microorganismos pueden existir a temperaturas cercanas al cero absoluto y altas (hasta 80-95 ° C); sus esporas pueden resistir un vacío profundo y un secado prolongado. Toleran dosis mucho más altas de radiación ionizante que en el espacio exterior. Los organismos extraterrestres probablemente serían más adaptables a vivir en ambientes que contienen poca agua. Las condiciones anaeróbicas no constituyen un obstáculo para el desarrollo de la vida, por lo que teóricamente es posible suponer la existencia en el espacio de microorganismos con una amplia variedad de propiedades que podrían adaptarse a condiciones inusuales mediante el desarrollo de diversos dispositivos de protección. Los experimentos realizados en la URSS y los EE.UU. no han proporcionado pruebas de la existencia de vida en Marte, no hay vida en Venus y Mercurio, y es poco probable que la haya en los planetas gigantes, así como en sus satélites. En el sistema solar, la vida probablemente sólo esté en la Tierra. Según algunas ideas, la vida fuera de la Tierra sólo es posible sobre la base agua-carbono, característica de nuestro planeta. Otro punto de vista no excluye la base de silicio y amoníaco, pero la humanidad aún no dispone de métodos para detectar formas de vida extraterrestres.

"Vikingo"

programa vikingo

programa vikingo- El programa espacial de la NASA para estudiar Marte, en particular, para detectar la presencia de vida en este planeta. El programa incluía el lanzamiento de dos naves espaciales idénticas, Viking 1 y Viking 2, que debían realizar investigaciones en órbita y en la superficie de Marte. El programa Viking fue la culminación de una serie de misiones para explorar Marte, que comenzaron en 1964 con el Mariner 4, continuaron con el Mariner 6 y el Mariner 7 en 1969, y con las misiones orbitales del Mariner 9 en 1971 y 1972. Los Vikings ocuparon su lugar en la historia de la exploración de Marte como la primera nave espacial estadounidense que aterrizó de forma segura en la superficie. Fue una de las misiones más informativas y exitosas al planeta rojo, aunque no logró detectar vida en Marte.

Ambos dispositivos fueron lanzados en 1975 desde Cabo Cañaveral, Florida. Antes del vuelo, los módulos de aterrizaje fueron cuidadosamente esterilizados para evitar la contaminación de Marte por formas de vida terrestres. El vuelo duró poco menos de un año y llegó a Marte en 1976. La duración de las misiones Viking estaba prevista en 90 días después del aterrizaje, pero cada dispositivo funcionó mucho más tiempo que este período. El orbitador Viking-1 funcionó hasta el 7 de agosto de 1980, el vehículo de descenso hasta el 11 de noviembre de 1982. El orbitador Viking-2 funcionó hasta el 25 de julio de 1978 y el vehículo de descenso hasta el 11 de abril de 1980.

Desierto nevado en Marte. Foto de Vikingo 2

programa BION

programa BION incluye estudios complejos sobre organismos animales y vegetales durante vuelos de satélites especializados (biosatélites) en interés de la biología espacial, la medicina y la biotecnología. Entre 1973 y 1996 se lanzaron al espacio 11 biosatélites.

Institución científica líder: Centro Científico Estatal de la Federación de Rusia - Instituto de Problemas Médicos y Biológicos de la Academia de Ciencias de Rusia (Moscú)
Departamento de diseño: GNP RKT "TSSKB-Progress" (Samara)
Duracion del vuelo: de 5 a 22,5 días.
Ubicación de lanzamiento: cosmódromo de plesetsk
Área de aterrizaje: Kazajstán
Países participantes: URSS, Rusia, Bulgaria, Hungría, Alemania, Canadá, China, Países Bajos, Polonia, Rumania, Estados Unidos, Francia, Checoslovaquia

Los estudios realizados con ratas y monos en vuelos de biosatélites han demostrado que la exposición a la ingravidez provoca cambios funcionales, estructurales y metabólicos significativos pero reversibles en los músculos, huesos, miocardio y sistema neurosensorial de los mamíferos. Se describe la fenomenología y se estudia el mecanismo de desarrollo de estos cambios.

Por primera vez, en los vuelos de los biosatélites BION se puso en práctica la idea de crear gravedad artificial (AG). En experimentos con ratas, se encontró que la IST, creada al rotar animales en una centrífuga, previene el desarrollo de cambios desfavorables en músculos, huesos y miocardio.

En el marco del Programa Espacial Federal de Rusia para el período 2006-2015. en la sección "Instalaciones espaciales para la investigación espacial fundamental" se prevé la continuación del programa BION, los lanzamientos de la nave espacial BION-M están previstos para 2010, 2013 y 2016.

"BIÓN"

Perspectivas de desarrollo de la investigación.

La etapa actual de exploración y exploración del espacio ultraterrestre se caracteriza por una transición gradual de largos vuelos orbitales a vuelos interplanetarios, el más cercano de los cuales se considera como expedición a marte. En este caso, la situación cambia radicalmente. Cambia no solo objetivamente, lo que se asocia con un aumento significativo en la duración de la estancia en el espacio, aterrizando en otro planeta y regresando a la Tierra, sino también, lo cual es muy importante, subjetivamente, ya que, habiendo abandonado la ya familiar órbita terrestre, Los cosmonautas permanecerán (en un número muy reducido de un grupo de sus colegas) “solitarios” en las vastas extensiones del Universo.

Al mismo tiempo, surgen problemas fundamentalmente nuevos asociados con un fuerte aumento en la intensidad de la radiación cósmica, la necesidad de utilizar fuentes renovables de oxígeno, agua y alimentos y, lo más importante, la solución de problemas psicológicos y médicos.

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La dificultad de controlar un sistema de este tipo en un volumen limitado herméticamente cerrado es tan grande que no se puede esperar una rápida implementación en la práctica. Con toda probabilidad, la transición a un sistema de soporte biológico de la vida se producirá gradualmente a medida que sus enlaces individuales estén listos. En la primera etapa de desarrollo del BSZhO, obviamente, el método fisicoquímico de producción de oxígeno y utilización de dióxido de carbono será reemplazado por uno biológico. Como se sabe, los principales "proveedores" de oxígeno son las plantas superiores y los organismos unicelulares fotosintéticos. Una tarea más difícil es reponer los suministros de agua y alimentos.

Obviamente, el agua potable será de “origen terrestre” durante mucho tiempo, y el agua técnica (utilizada para las necesidades domésticas) ya se está reponiendo mediante la regeneración del condensado de humedad atmosférica (AMC), la orina y otras fuentes.

Por supuesto, el componente principal del futuro sistema ecológico cerrado son las plantas. Los estudios sobre plantas superiores y organismos unicelulares fotosintéticos a bordo de naves espaciales han demostrado que, en condiciones de vuelo espacial, las plantas pasan por todas las etapas de desarrollo, desde la germinación de las semillas hasta la formación de órganos primarios, la floración, la fertilización y la maduración de una nueva generación de semillas. . Así, se demostró experimentalmente la posibilidad fundamental de realizar el ciclo completo de desarrollo vegetal (de semilla a semilla) en condiciones de microgravedad. Los resultados de los experimentos espaciales fueron tan alentadores que ya a principios de los años 80 nos permitieron concluir que el desarrollo de sistemas de soporte biológico de la vida y la creación sobre esta base de un sistema ecológicamente cerrado en un volumen hermético limitado no es una tarea tan difícil. Sin embargo, con el tiempo, se hizo evidente que el problema no se puede resolver por completo, al menos hasta que se determinen (mediante cálculo o experimento) los principales parámetros que permiten equilibrar los flujos de masa y energía de este sistema.

Para reponer el suministro de alimentos, también se deben introducir animales en el sistema. Por supuesto, en las primeras etapas estos deberían ser representantes "pequeños" del mundo animal: moluscos, peces, aves y, más tarde, posiblemente conejos y otros mamíferos.

Así, durante los vuelos interplanetarios, los astronautas no sólo necesitan aprender a cultivar plantas, criar animales y cultivar microorganismos, sino también desarrollar una forma fiable de controlar el "arca espacial". Y para hacer esto, primero necesitamos descubrir cómo crece y se desarrolla un organismo individual en condiciones de vuelo espacial, y luego qué demandas plantea cada elemento individual de un sistema ecológico cerrado a la comunidad.

Mi tarea principal en mi trabajo de investigación fue descubrir cuán interesante y emocionante ha sido la exploración espacial y cuánto camino aún queda por recorrer.

Si imaginamos la diversidad de todos los seres vivos en nuestro planeta, ¿qué podemos suponer sobre el espacio?

El universo es tan grande y desconocido que este tipo de investigación es vital para quienes vivimos en el planeta Tierra. ¡Pero estamos sólo en el comienzo del viaje y tenemos mucho que aprender y ver!

A lo largo del tiempo que estuve haciendo este trabajo, aprendí tantas cosas interesantes que nunca sospeché, conocí a investigadores maravillosos como Carl Sagan, conocí los programas espaciales más interesantes llevados a cabo en el siglo XX, tanto en Estados Unidos como en En la URSS aprendí mucho sobre programas modernos como BION y mucho más.

La investigación continúa...

Lista de fuentes utilizadas

Universo de la gran enciclopedia infantil: edición de ciencia popular. - Asociación Enciclopédica Rusa, 1999. Sitio web http://spacembi. *****/ Universo de la Gran Enciclopedia. - M.: Editorial "Astrel", 1999.

4. Universo de la Enciclopedia (“ROSMEN”)

5. Sitio web de Wikipedia (imágenes)

6.El espacio en el cambio de milenio. Documentos y materiales. M., Relaciones internacionales (2000)

Solicitud.

“Transferencia a Marte”

"Transferencia a Marte" Desarrollo de uno de los eslabones del futuro sistema biológico-técnico de soporte vital para astronautas.

Objetivo: Obtención de nuevos datos sobre los procesos de suministro de gas-líquido en entornos habitados por raíces en condiciones de vuelos espaciales.

Tareas: Determinación experimental de coeficientes de difusión capilar de humedad y gases.

Resultados previstos: Creación de una instalación con un entorno de raíces para el cultivo de plantas en relación con condiciones de microgravedad.

· Conjunto "Cubeta experimental" para determinar las características de transferencia de humedad (velocidad de movimiento del frente de impregnación y contenido de humedad en zonas individuales)

Complejo de vídeo LIV para grabación de vídeo del movimiento del frente de impregnación.

Objetivo: El uso de nuevas tecnologías informáticas para mejorar la comodidad de la estancia de un astronauta durante un largo vuelo espacial.

Tareas: Activación de áreas específicas del cerebro responsables de las asociaciones visuales del astronauta asociadas con sus lugares nativos y su familia en la Tierra con un aumento adicional de su rendimiento. Análisis del estado del astronauta en órbita mediante pruebas mediante técnicas especiales.

Equipo científico utilizado:

Bloque EGE2 (disco duro individual de un astronauta con un álbum de fotografías y un cuestionario)

"CHALECO" Obtención de datos para el desarrollo de medidas para prevenir los efectos adversos de las condiciones de vuelo sobre la salud y el desempeño de la tripulación de la ISS.

Objetivo: Evaluación de un nuevo sistema de vestimenta integrado de diferentes tipos de materiales para su uso en entornos de vuelos espaciales.

Tareas:

vistiendo ropa "VEST", especialmente diseñada para el vuelo del cosmonauta italiano R. Vittori en la ISS RS; recibir comentarios del astronauta sobre el bienestar psicológico y fisiológico, es decir, la comodidad (conveniencia), la portabilidad de la ropa; su estética; la eficacia de la resistencia al calor y la higiene física a bordo de la estación.

Resultados previstos: Confirmación de la funcionalidad del nuevo sistema integrado de ropa "VEST", incluidos sus indicadores ergonómicos en condiciones de vuelo espacial, que reducirá el peso y el volumen de la ropa prevista para su uso en vuelos espaciales de larga duración a la ISS.

El lanzamiento del primer satélite artificial de la Tierra en 1957 y el desarrollo posterior de la astronáutica plantearon problemas grandes y complejos para diversos campos de la ciencia. Surgieron nuevas ramas del conocimiento. Uno de ellos - biología espacial.

En 1908, K. E. Tsiolkovsky expresó la idea de que después de la creación de un satélite terrestre artificial capaz de regresar a la Tierra sin sufrir daños, el siguiente paso sería resolver los problemas biológicos relacionados con el mantenimiento de la vida de las tripulaciones de las naves espaciales. De hecho, antes de que el primer terrícola, el ciudadano de la Unión Soviética Yuri Alekseevich Gagarin, emprendiera un vuelo espacial en la nave espacial Vostok-1, se llevaron a cabo extensas investigaciones médicas y biológicas en satélites y naves espaciales artificiales de la Tierra. Llevaron a los vuelos espaciales conejillos de indias, ratones, perros, plantas superiores y algas (chlorella), diversos microorganismos, semillas de plantas, cultivos aislados de tejidos humanos y de conejos y otros objetos biológicos. Estos experimentos permitieron a los científicos concluir que la vida en vuelos espaciales (al menos no demasiado largos) es posible. Este fue el primer logro importante de un nuevo campo de las ciencias naturales: la biología espacial.

Los ratones se prueban en condiciones de gravedad cero.

¿Cuáles son las tareas de la biología espacial? ¿Cuál es el tema de su investigación? ¿Qué tienen de especial los métodos que utiliza? Respondamos primero la última pregunta. Además de los métodos de investigación fisiológicos, genéticos, radiobiológicos, microbiológicos y otros métodos de investigación biológica, la biología espacial utiliza ampliamente los logros de la física, la química, la astronomía, la geofísica, la radioelectrónica y muchas otras ciencias.

Los resultados de cualquier medición en vuelo deben transmitirse a través de líneas de radiotelemetría. Por tanto, la radiotelemetría biológica (biotelemetría) es el principal método de investigación. También es un medio de control durante experimentos en el espacio exterior. El uso de la radiotelemetría deja una cierta huella en la metodología y tecnología de los experimentos biológicos. El hecho de que en condiciones terrestres normales se puede tener en cuenta o medir con bastante facilidad (por ejemplo, sembrar cultivos de microorganismos, tomar una muestra para su análisis, registrarla, medir la tasa de crecimiento de plantas o bacterias, determinar la intensidad de la respiración, el pulso velocidad, etc.), en el espacio se convierte en un problema científico y técnico complejo. Especialmente si el experimento se lleva a cabo en satélites terrestres no tripulados o naves espaciales sin tripulación. En este caso, todas las influencias sobre el objeto vivo que se está estudiando y todas las cantidades medidas deben convertirse, mediante sensores y dispositivos de radio adecuados, en señales eléctricas que cumplan diferentes funciones. Algunos de ellos pueden servir como comando para cualquier manipulación con plantas, animales u otros objetos de estudio, otros llevan información sobre el estado del objeto o proceso en estudio.

Así, los métodos de la biología espacial se caracterizan por un alto grado de automatización y están estrechamente relacionados con la radioelectrónica y la ingeniería eléctrica, la radiotelemetría y la tecnología informática. El investigador debe tener un buen conocimiento de todos estos medios técnicos y, además, un conocimiento profundo de los mecanismos de diversos procesos biológicos.

¿Cuáles son los desafíos que enfrenta la biología espacial? Los tres más importantes son: 1. Estudio de la influencia de las condiciones de los vuelos espaciales y de los factores espaciales sobre los organismos vivos de la Tierra. 2. Estudio de los fundamentos biológicos para asegurar la vida durante los vuelos espaciales, en estaciones extraterrestres y planetarias. 3. Búsqueda de materia viva y sustancias orgánicas en el espacio exterior y estudio de las características y formas de la vida extraterrestre. Hablemos de cada uno de ellos.

María Súzdaltseva

Para comprender el papel de la biología en la investigación espacial, debemos recurrir a la biología espacial.

— Objetivo del trabajo: Estudiar la influencia de un complejo de factores ambientales inusuales en un organismo vivo.

1.Estudiar las características de la biología espacial.

2. Usando el ejemplo de organismos vivos, determine la importancia de los experimentos de laboratorio y de vuelo.

3. Establecer el grado de humanidad de los experimentos.

4.Establecer la importancia de la biología espacial.
Hipótesis: ¿Es posible explorar nuevas rutas espaciales y organizar el turismo espacial con la ayuda de la biología espacial?

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Trabajo de investigación La importancia de la biología en la investigación espacial Realizado por: Maria Suzdaltseva Estudiante del MAOU "Gimnasio que lleva el nombre de N.V. Pushkov" Supervisor: Profesor de biología Omelchenko Yu.E.

Justificación: Para comprender el papel de la biología en la investigación espacial, debemos recurrir a la biología espacial. Objeto del trabajo: estudiar la influencia de un complejo de factores ambientales inusuales en un organismo vivo. Objetivos: 1.Estudiar las características de la biología espacial. 2. Usando el ejemplo de organismos vivos, determine la importancia de los experimentos de laboratorio y de vuelo. 3. Establecer el grado de humanidad de los experimentos. 4.Establecer la importancia de la biología espacial. Hipótesis: ¿Es posible explorar nuevas rutas espaciales y organizar el turismo espacial con la ayuda de la biología espacial?

Introducción. La biología espacial es un complejo de ciencias predominantemente biológicas que estudian: 1) las características de la actividad vital de los organismos terrestres en el espacio ultraterrestre y durante los vuelos en naves espaciales 2) los principios de la construcción de sistemas biológicos para sustentar la vida de los miembros de la tripulación de naves espaciales y estaciones. 3) formas de vida extraterrestres.

La biología espacial es una ciencia sintética que ha reunido en un todo los logros de diversas ramas de la biología, la medicina aeronáutica, la astronomía, la geofísica, la radioelectrónica y muchas otras ciencias y ha creado sus propios métodos de investigación a partir de ellas. El trabajo en biología espacial se lleva a cabo con varios tipos de organismos vivos, desde virus hasta mamíferos.

Parte principal. La tarea principal de la biología espacial es estudiar la influencia de los factores de los vuelos espaciales (aceleración, vibración, ingravidez, entorno gaseoso alterado, movilidad limitada y aislamiento completo en volúmenes cerrados y sellados, etc.) y el espacio exterior (vacío, radiación, campo magnético reducido). fuerza, etc).

Parte principal. La investigación en biología espacial se lleva a cabo en experimentos de laboratorio que, en un grado u otro, reproducen la influencia de factores individuales de los vuelos espaciales y el espacio exterior. Sin embargo, los más importantes son los experimentos biológicos de vuelo, durante los cuales es posible estudiar la influencia de un complejo de factores ambientales inusuales en un organismo vivo.

Se enviaron a vuelos en satélites terrestres artificiales y naves espaciales conejillos de Indias, ratones, perros, plantas superiores y algas (Chlorella), diversos microorganismos, semillas de plantas, cultivos aislados de tejidos humanos y de conejos y otros objetos biológicos.

En las zonas de entrada en órbita, los animales mostraron una aceleración del ritmo cardíaco y de la respiración, que desapareció gradualmente después de que la nave espacial pasó al vuelo orbital.

La normalización del pulso después de la exposición a aceleraciones en gravedad cero ocurre mucho más lentamente que después de pruebas en una centrífuga en condiciones terrestres.

El análisis de la actividad motora de los perros mostró una adaptación bastante rápida a condiciones inusuales de ingravidez y la restauración de la capacidad de coordinar movimientos. Se obtuvieron los mismos resultados en experimentos con monos. Los estudios de reflejos condicionados en ratas y cobayas después de su regreso de un vuelo espacial han demostrado la ausencia de cambios en comparación con los experimentos previos al vuelo.

Para el desarrollo ulterior de la investigación ecofisiológica fueron importantes los experimentos en el biosatélite soviético Cosmos-110 con dos perros a bordo y en el biosatélite estadounidense Bios-3, que tenía un mono a bordo.

Los estudios genéticos realizados en vuelos espaciales orbitales han demostrado que la exposición al espacio exterior tiene un efecto estimulante sobre las semillas secas de cebolla y nigella.

Como resultado de la investigación biológica realizada en misiles balísticos y de gran altitud, satélites, satélites y otras naves espaciales, se estableció que una persona puede vivir y trabajar en condiciones de vuelo espacial durante un tiempo relativamente largo.

Conclusiones: 1. En el curso de mi trabajo, descubrí que la investigación en biología espacial hizo posible desarrollar una serie de medidas de protección y preparó la posibilidad de un vuelo humano seguro al espacio, que se llevó a cabo mediante vuelos soviéticos y luego Barcos americanos con gente a bordo. 2. Estoy convencido de que la investigación en este ámbito seguirá siendo especialmente necesaria para la exploración biológica de nuevas rutas espaciales. Esto requerirá el desarrollo de nuevos métodos de biotelemetría (un método para el estudio remoto de fenómenos biológicos y la medición de indicadores biológicos), la creación de dispositivos implantables para telemetría pequeña (un conjunto de tecnologías que permiten realizar mediciones remotas y recopilar información). para el operador o usuario), la conversión de diversos tipos de energía que surgen en el cuerpo en la energía eléctrica necesaria para alimentar dichos dispositivos, nuevos métodos de "comprimir" información, etc. 3. Estoy estudiando y continuaré estudiando, literatura científica sobre este tema; Voy a seguir trabajando en este tema. Porque estoy convencido de que la biología espacial desempeñará un papel importante en el desarrollo de los bicomplejos necesarios para vuelos de larga duración.

Referencias: Referencias 1. Medicina aeroespacial y ambiental. - 2000. – T. 34, N 2. 2. Kopaladze R.A. // Regulación de los experimentos con animales: ética, legislación, alternativas: Revisión / Ed. SOBRE EL. Gorbunova. - M., 1998. 3. Lukyanov A.S., Lukyanova L.L., Chernavskaya N.M., Gilyazov S.F. Bioética. Alternativas a la experimentación con animales. - M., 1996. 4. Pavlova T.N. Bioética en la educación superior. - M., 1997. 5. Técnicas de trabajo con animales de experimentación: Recomendaciones metodológicas. - M., 1989. 6. Normas sanitarias para el diseño, equipamiento y mantenimiento de clínicas biológicas experimentales (vivarios). - M., 1973. 7. Fosse R. // Laboratorio. animales. - 1991. - T. 1, N 1. - P. 39-45. 8 . Howard-Jones H. // Crónica de la OMS. - 1985. - T. 39. - P. 3-8. 9 . Schweitzer A. Decadencia y resurgimiento de la cultura. - M., 1993. 10. Guía para el cuidado y uso de animales de laboratorio. - Washington: Prensa de la Academia Nacional, 1996. 11. Regan T. El caso de los derechos de los animales. - Londres; N.-Y., 1984.

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