Úterní úspěšný start rakety Atlas V se sedmou zásobovací lodí Cygnus znamená, že je čas se podívat detailněji na náklad, který je uložený v útrobách zásobovací lodi. Žádná zásobovací loď neletí k ISS zbytečně, každá nese důležitý náklad, ale při prohlížení výpisu nákladu v aktuální lodi Cygnus se nemohu zbavit dojmu, že tentokrát je to opravdu mimořádně dobře využitá kapacita – uznejte sami – vylepšený skleník pro pěstování rostlin, experimenty s buňkami a geny, několik cubesatů. V tomto článku se na všechno podíváme hezky podrobně.

Celkem bychom našli v přetlakové kabině 3 459 kilogramů nákladu, který tvoří mix vědeckých experimentů, zásob pro posádku, hardwaru k provozu stanice, nástrojů pro výstupy do volného prostoru a cubesaty. Tato mise výrazně podpoří desítky z celkem 216 experimentů, které momentálně probíhají v „západním“ segmentu stanice. Mise s oficiálním označením Cygnus OA-7 navíc nese jméno John Glenn – na připomínku prvního Američana, který se dostal na oběžnou dráhu a který nás před několika měsíci opustil.

Advanced Plant Habitat

Tohle zařízení je ve své podstatě téměř samoobslužný systém pro pěstování rostlin. O jeho vývoj se zasloužila NASA, která zde zúročila znalosti nabyté v prvních experimentech se zahradničením na oběžné dráze v rámci projektu Veggie. Jeho první kolo bylo dokončeno v červnu 2014 a od té doby se v něm pěstovalo hned několik plodin a dokonce i ozdobné cinie. Šlo jednak o zpestření práce (a stravy) astronautů, ale zároveň se sbíraly cenné zkušenosti pro vývoj pokročilejšího systému, který by byl v mnoha ohledech lépe optimalizovaný.

Projekt APH (Advanced Plant Habitat) je největší komorou pro pěstování rostlin, jakou kdy NASA dostala do vesmíru. Na vývoji se kromě specialistů z kosmické agentury podílela i společnost ORBITEC z Madisonu, stát Wisconsin, která měla zkušenosti už s programem Veggie. Advanced Plant Habitat je kompletně uzavřený box s vlastním uzavřeným cyklem. Komora pro pěstování rostlin má kontrolovatelné podmínky prostředí a najdeme v ní 180 senzorů, které budou měřit teplotu, koncentraci kyslíku a oxidu uhličitého, vlhkost vzduchu a půdy, stav rostliny a jejích listů, nebo osvětlení komory. O světlo se starají LED diody, které mají červenou, modrou a zelenou barvu, přičemž barva světla a jeho intenzita se může dynamicky měnit podle potřeb výzkumu.

Hlavní rozdíl mezi Veggie a Advanced Plant Habitat je v tom, že nový systém vyžaduje jen minimální údržbu od posádky, která se může věnovat vědeckým experimentům. Astronauti mají jen doplňovat vodu a provádět obecnou údržbu. Obecným cílem je maximalizovat úrodu a růst rostlin při minimálním příjmu zdrojů. Komora pro pěstování má čtvercovou základnu o straně 46 centimetrů a skýtá výšku 41 centimetrů. Jednotlivé experimenty mohou trvat až 135 dní, přičemž Advanced Plant Habitat bude umístěn v racku EXPRESS v japonském modulu Kibó. O řízení experimentu se bude starat hlavně pozemní tým na Kennedyho středisku.

Celý přístroj APH měří 53 × 91 × 61 centimetrů a pro běžný provoz vyžaduje 735 W elektrické energie. Uvnitř najdeme hned několik subsystémů. O pěstební komoře jsme již psali, ale je tu i Vědecká část, ve které je uloženo médium, ve kterém jsou rostliny pěstovány, semena, zalévací trubičky, nebo senzory vlhkosti. Kolem těchto dvou základních složek najdeme třeba ECS (Environmental Control System), který se stará o udržování teploty, vlhkosti, výměny vzduchu v komoře pro pěstování.

Dalším subsystémem je Fluid International Subrack Interface Standard Drawer, ve kterém jsou tlakové lahve se stlačeným oxidem uhličitým, zásobníky vody a regulátory plynného dusíku, dále pak Orbital Replacement Unit Component Drawer, který ukrývá systém hospodaření s vodou a jejím rozváděním, elektrický systém a kontrolér označovaný jako PHARMER. Další subsystémy se starají o zpětné získávání vody, nebo čištění vzduchu.

Uvnitř komory pro pěstování jsou kromě již zmíněných senzorů i tři kamery, které budou dokumentovat růst rostlin, jejich velikost i zdravotní stav za různých podmínek. Světelné senzory poskytnou zpětnou vazbu k nastavení LED diod, analyzátory složení vzduchu se zaměří na koncentrace kyslíku a oxidu uhličitého, infrasenzory prozradí rozložení teploty a rozličné senzory vlhkosti prozradí, kde je kolik vody.

Zalévání rostlin bude probíhat automaticky, zatímco u Veggie se o tuto činnost musí starat astronauti. Voda je k rostlinám přiváděna trubičkami, které vedou „hlínou“ – porézním materiálem, kterým kořínky dobře prorostou, takže se k nim dobře dostane voda. Do roztoku je možné přidat i živiny – tuto činnost může udělat přímo posádka, nebo se o to postará sám zdroj vody. Systém pro udržování teploty bude udržovat rozmezí 18 – 30°C s přesností 0,5°C. Vlhkost se bude pohybovat v rozmezí 50 – 90% s přesností 3%.

Světelný zdroj poskytuje intenzivní červenou (630 – 660 nanometrů), modrou (400 – 500 nm) a zelenou (515 – 535 nm), široké spektrum bílé (400 – 700 nm), ale i blízké infračervené oblasti (730 – 750 nm). Vzduch v komoře může obsahovat mezi 400 a 5000 molekulami oxidu uhličitého na milion ostatních (+/- 50). Jak je vidět, přístroje budou moci velmi důkladně kontrolovat a ovlivňovat podmínky, díky čemuž by mělo být možné lépe pochopit procesy růstu rostlin v mikrogravitaci.

Asi není nutné zdůrazňovat, jaký význam by mělo pěstování rostlin pro budoucí opravdu dlouhodobé cesty – třeba k Marsu. Jakmile bude Advanced Plant Habitat aktivován, proběhne testovací kolečko, ve kterém se bude pěstovat obilí a huseníček. Tyto zkoušky ověří, jak všechny systémy pracují a jestli se daří udržovat podmínky v komoře tak, jak se plánovalo. Teprve pak bude možné přistoupit ke skutečnému vědeckému výzkumu, který se označuje jako PH-01. Objektem pěstování bude opět huseníček – malá rostlina příbuzná salátu, nebo hořčici. Celý experiment bude porovnáván s kontrolním vzorkem na Zemi a vědci se budou snažit ladit podmínky tak, aby byly výnosy srovnatelné s pozemskými podmínkami.

SAFFIRE-3

Tenhle experiment není pro naše pravidelné čtenáře nic nového. Jeho předchůdci SAFFIRE-1 a SAFFIRE-3 totiž proběhly na minulých misích lodí Cygnus. Pokud se ale někdo setkal s tímto experimentem poprvé, neodpustíme si krátké představení (zbytek se dá dohledat v tomto článku). Pokud chceme, aby budoucí lodě a stanice byly maximálně bezpečné, musíme se naučit, jak se chová velký požár ve stavu beztíže. Zapalovat velké kusy hořlavých materiálů je ale nebezpečné a na obydlené stanici není možné takový experiment provádět.

K aktivaci pokusu SAFFIRE proto dochází až na konci celé mise, kdy se loď Cygnus oddělí od ISS. Několik dní předtím, než sama shoří v atmosféře, se zapálí sledované vzorky, přičemž průběh hoření budou sledovat kamery a čidla. Údaje se pošlou na Zemi, kde je odborníci vyhodnotí. Celé zařízení měří 53 × 90 × 133 centimetrů a spalované vzorky mají rozměry přibližně 40 × 100 cm. Jedná se o směs tvořenou ze tří čtvrtin bavlnou a z jedné čtvrtiny skleněnými vlákny. Vědci chtějí studovat průběh hoření při dvou různých úrovních průvanu, o který se postará připojený větrák. Při experimentu SAFFIRE-1 se studovalo hoření bez průvanu, na aktuálním SAFFIRE-3 bude spálen identický vzorek jako u SAFFIRE-1, ale dojde k tomu při vyšší rychlosti proudění atmosféry uvnitř experimentálního modulu.

Za zmínku stojí i to, že zatímco první experiment SAFFIRE-1 a aktuální SAFFIRE-3 sází na jeden velký vzorek, SAFFIRE-2 využil devět proužků o rozměrech 5 × 30 cm. O snímání se postará dvojice kamer, přičemž celá testovací komora bude pravidelně osvětlována blikajícími LED diodami.

RED-Data2

V případě tohoto experimentu jde o nový typ rekordéru údajů. Vědci si od něj slibují, že by měl nasbírat údaje o tom, jak probíhá rozpad velkých družic a kosmických lodi, které mají shořet v atmosféře. Bude tak možné zpřesnit předpovědní modely, které oblasti by mohly být zasaženy padajícími troskami. Celý název experimentu je Thermal Protection Material Flight Test and Reentry Data Collection a jeho úkolem je otestovat nové metody záznamu údajů i při extrémních podmínkách.

Zásobovací lodě již dříve nesly hned několik záznamových zařízení – REBR (Re-Entry Break-Up Recorder), který létal třeba na evropských lodích ATV, dále pak kulatý japonský iBall testovaný na několika lodích HTV. Zapomínat nesmíme ani na BUC (Break-Up Camera) z poslední lodi ATV-5, který ale selhal a nedokázal poslat infračervené snímky. Celkově můžeme říci, že mnoho rekordérů zatím buďto selhalo, nebo přineslo rozporuplné výsledky.

RED-Data2 je zařízení, které se zaměřuje hned na dvě oblasti vědeckého výzkumu. Tou první je sledování dynamických dat lodi při vstupu do atmosféry a druhá se týká vývoje tepelně odolného materiálu, který by mohl najít využití i u návratových pouzder z meziplanetárních misí. Zařízení by tak sbíralo údaje o stavu lodi, načež by se uložilo do ochranného pouzdra, které by jej ochránilo před spalujícím žárem.

Experiment zároveň vyzkouší dvě varianty již existujících materiálů pro tepelnou ochranu. Prvním z nich je Avcoat, který se používá na tepelném štítu lodi Orion, druhý sází na materiál C-PICA (Conformal Phenolic Impregnated Carbon Ablator) spojený s materiálem C-SIRCA (Conformal Silicone Impregnated Refractory Ceramic Ablator. O historii materiálu PICA jsme již psali – jeho derivát využívá SpaceX na lodích Dragon. Nový materiál již prošel tepelnými zkouškami v Ames Research Center. Materiál Avcoat se dříve aplikoval vstřikováním ve formě pasty do jednotlivých buněk štítu, což byla časově i pracovně složitá procedura. Nový proces sází na výrobu lisováním, přičemž vytvořený blok může být dále opracováván.

Testování nového materiálu v malém měřítku na RED-Data2 je jednoduchá a cenově dostupná cesta, jak dosáhnout cenných výsledků ze skutečného provozu. Samotné senzory budou měřit pozici lodi, její zrychlení, teplotu, tlak a orientaci v prostoru. Díky tomu bude možné lépe zmapovat celý průběh průchodu atmosférou. Všechny nasbírané údaje se uloží do palubní paměti a odešlou se, až když zařízení nebude obalené plasmatem. Než dopadne do oceánu, mělo by odeslat údaje přes globální síť Iridium.

Magnetic 3D Cell Culturing

Ve vesmíru mohou buněčné kultury růst bez problémů ve třech rozměrech, což je pro vědce hodně důležité, jelikož mohou lépe prozkoumat, jak buňky rostou a jakou mají funkci v organismech. Opakem je „dvourozměrný“ růst v Petriho miskách v pozemském prostředí. Výzva ale přichází při manipulaci s těmito buňkami. Nabízí se možnost využít k tomu zmagnetizované nástroje i buňky.

Experiment s celým názvem Magnetic 3D Cell Culture for Biological Research in Microgravity využije principu „buněčné levitace“ od firmy Nano3D Biosciences, Inc. (n3D). Při tomto procesu jsou magnetické nanočástečky navázány na buňky. Následně se s nimi pomocí externích magnetů velmi dobře manipuluje. Tento proces byl rozvinut pro využití ve vesmíru, kde by mohl pomoci pěstovat tkáňové kultury, na kterých bude možné provádět výzkum růstu buněk a jejich funkce. Firma n3D také vyvinula princip, jak přinutit růst buňky jen v jedné vrstvě. Porovnání těchto procesů na Zemi a ve vesmíru může opět pomoci při výzkumu vlivu gravitace na biologické procesy.

Experiment využije čtyři jednotky MultiWell BioCells a dvě jednotky BioCell Habitats, které budou uloženy v bioreaktoru SABL při teplotě 37°C a 5% koncentraci oxidu uhličitého. Jako buněčná kultura se použijí rakovinné plicní buňky Calu-3.

ADCs in Microgravity

Celý název je Efficacy and Metabolism of Azonafide Antibody-Drug Conjugates in Microgravity a cílem tohoto experimentu je vyvinout nové ADC (protilátkové konjugáty). Ty kombinují imunoaktivační léky a specifické cílové rakovinné buňky, přičemž zvyšují efektivitu chemoterapie a snižují negativní vedlejší efekty.

Provádění takových experimentů v mikrogravitaci umožňuje, aby byly léky zkoumány podrobněji na trojrozměrných buněčných kulturách, které jsou více podobné skutečným tkáním. Konkrétně se budou studovat plicní rakovinné buňky a jejich molekulární interakce s novými ADC. Vědci by také rádi lépe zmapovali metabolismus léků, což by do budoucna umožnilo znásobit efekt jejich cílení na konkrétní nepřátele.

NORS

Ani tyhle černé nádoby nejsou nic nového a už jsme o nich několikrát psali. Zařízení Nitrogen/Oxygen Recharge System (NORS) Recharge Tank Assemblies (RTA) představuje novou generaci systému pro doplňování plynů na stanici. V minulých letech se o dopravu plynů pro dýchatelnou atmosféru na ISS využívala evropská loď ATV a ruské Progressy. Po ukončení provozu ATV zůstala tato životně důležitá práce jen na Progressech.

Systém NORS má doplňovat úroveň atmosféry na stanici pomocí sítě, kterou používaly americké raketoplány. Použije se i když primární systém selže, pomáhá tlakovat přechodovou komoru Quest, nebo chladící systém. Každá nádoba má průměr 53 cm a váží 109 kg, přičemž uvnitř se nachází stlačený kyslík, nebo dusík při tlaku 400 barů, což je dvakrát více, než u předchozích modelů. Nádrže jsou plně znovupoužitelné a mělo jich být vyrobeno 37.

Genes in Space II

Jedná se o vítězný studentský experiment, který byl vybrán z více než 380 návrhů zaslaných učiteli a studenty ve věku 12 – 18 let. Výzkum se zaměřuje na polymerázovou řetězovou reakci (PCR) a na miniPCR systém, který by mohl být využitelný pro replikaci DNA ve vesmíru. To by umožnilo měřit a monitorovat telomery a jejich délku během kosmických misí.

Telomery jsou opakující se sekvence nukleotidů na konci chromozomu. Nenesou žádnou informaci pro syntézu proteinů, ale spíše fungují jako „ochranná čepička“. Délka telomer se liší od 11 000 párů při narození až po 4000 ve vysokém věku. Při replikaci DNA se telomery postupně zkracují, protože enzymy neumí syntetizovat konce lineárních nukleových kyselin. Délka telomer je ovlivněna zdravím konkrétního jedince, ale i externími vlivy. Je tedy vhodné zaměřit studium na tyto efekty, kterým organismy ve svém prostředí čelí – třeba stavu beztíže, nebo kosmické radiace.

Kosmický let je opravdu náročná činnost, která vystavuje lidské tělo značnému stresu z probíhajících změn. Organismus se musí vyrovnat se stavem beztíže, nebezpečnou radiací, přerušovaným spánkem, nebo relativně chudou výživou. Prodloužený pobyt ve vesmíru způsobuje symptomy, které jsou podobné projevům poruch srdce, svalové atrofie, osteopenie (snížení koncentrace minerálů v kostech – předchůdce osteoporózy) a mnoha dalších chorob. Studie navíc ukázaly, že kosmický let může způsobit změny v lidském genomu.

Pravděpodobnost změny dynamiky telomerů během kosmického letu může být příčinou symptomů chorob spojených s vyšším věkem. Vědecká komunita by proto velmi ráda sledovala délku telomer během dlouhodobých kosmických misí. První náznak proběhl už při ročním pobytu Scotta Kellyho na ISS, přičemž jeho dvojče Mark Kelly, posloužilo jako kontrolní subjekt na Zemi. Výsledky ukazují, že se telomery během 300 dní dlouhého pobytu prodloužily. Tento objev je v přímém kontrastu s výše popsanou hypotézou, že symptomy stárnutí jsou důsledkem zkracování telomer. Je proto potřeba získat více informací a proto nutně potřebujeme metodu, která by měřila délku telomer během kosmického letu.

K tomuto úkolu existuje mnoho technik, ale žádná z nich zatím nebyla shledána vhodnou pro použití v mikrogravitaci na palubě ISS. STELA (Single Telomere Length Analysis) je jednoduchý postup pro měření délky telomer, která využívá znásobené DNA a polymerázovou řetězovou reakci. Experiment Genes in Space II určí, zda může být ve vesmíru DNA znásobena a kromě toho ověří, zda jsou postupy realizovatelné, což by se v budoucnu využilo u nové generace vědeckých přístrojů. Ty by na ISS mohly být umístěny trvale, aby monitorovaly délku telomer u různých astronautů.

Výhody vyvinutí nové metody měření telomer obnáší i lepší pochopení toho, jak kosmický let ovlivňuje délku telomer a zdraví astronautů. To vše bude důležité předtím, než lidé vyrazí na dlouhodobé cesty meziplanetárním prostorem. Výsledky výzkumu mohou pomoci budoucímu přímému výzkumu dynamiky telomer, které by odhalily propojení mezi změnami telomer a různými chorobami.

Genes in Space III

Tento mikrobiologický experiment cílí na spojení dvou testovaných zařízení, – miniPCR pro množení DNA a MinION pro sekvencování DNA. Vznikl by tak spolehlivý a jednoduše obsluhovatelný systém pro přípravu vzorků DNA pro jejich výzkum ve vesmíru. Takové zařízení by umožnilo monitorovat mikrobiální prostředí na stanici velmi snadno pomocí identifikace mikroorganismů přítomných ve vzorcích. Posádka by tak měla potřebné informace pro případná rozhodnutí o desinfekci a podobně. Stejně tak pokud by došlo k objevení škodlivých mikroorganismů, by bylo možné přistoupit k různým nápravným procesům. Experiment Genes in Space III hledá možnosti, jak s konvenčními metodami ve stavu beztíže dosáhnout znásobení DNA a jak připravit vlastní vzorek.

Když se spojí možnosti zařízení miniPCR (Polymerase Chain Reaction) pro množení DNA a MinION (Biomolecule Sequencer), bude možné získat systém, který zpracuje vzorek a postará se o něj až do jeho sekvencování, což pomůže při rychlé identifikaci mikroorganismů. Klíčovým prvkem systému je MinION – zařízení o velikosti palce (9,5 × 3,2 × 1,6 cm). Zařízení o hmotnosti 120 gramů je schopné pracovat s vyměnitelnými kazetami, které obsahují nanometrové póry. Skrz ně prochází šroubovice DNA, zatímco přístroj čte její složení. Běžný cyklus čtení trvá 48 hodin a data se následně přes USB rozhraní stáhnou do počítače, odkud se odešlou na Zemi.

Cubesaty

V útrobách lodi Cygnus najdeme rovnou 34 cubesatů, které budou vypuštěny z paluby ISS. Další čtyři cubesaty Lemur-2 jsou uložené na vnější straně lodi Cygnus. Konkrétně se jedná o tyto satelity:

• 28× družice z projektu QB50
• IceCube
• ALTAIR Pathfinder
• CXBN-2
• CSUNSat-1
• Biarri-Point

A pozor – v projektu QB50 startoval i řecký cubesat UPSat, který nese i významnou českou stopu. Tohle téma je ale natolik zajímavé, že jej z tohoto článku vyčleníme a věnujeme mu samostatný článek.

Zdroje informací:
http://spaceflight101.com/

Zdroje obrázků:
http://spaceflight101.com/…/151/2017/04/33347659415_06a44e2690_k.jpg
http://spaceflight101.com/…/151/2017/04/33036592410_bc75227705_k.jpg
http://spaceflight101.com/…/151/2017/04/APH2.jpg
http://spaceflight101.com/…/151/2017/04/Advanced-Plant-Habitat-Test-Unit.jpg
http://spaceflight101.com/…/151/2017/04/APH4.jpg
http://spaceflight101.com/…/151/2017/04/APH3.jpg
http://spaceflight101.com/…/75/2016/03/Saffire2.png
http://spaceflight101.com/…/151/2017/04/RED-Data-News-Featured.jpg
http://spaceflight101.com/…/151/2017/04/gallery-3.jpg
http://spaceflight101.com/…/151/2017/04/tva-website-image2.jpg
http://spaceflight101.com/…/151/2017/04/Spx10-cargo-19.jpg
http://spaceflight101.com/…/151/2017/04/367638_orig.jpg
https://www.nasa.gov/…/Oncolinx_Mechanism_of_Action_2016.png
http://spaceflight101.com/…/151/2017/04/Telomeres1.jpg
http://spaceflight101.com/…/151/2017/04/Bailey_Image_1.png
http://spaceflight101.com/…/04/hhp-micro-ssk-iss025e010807_0.jpg
http://spaceflight101.com/…/98/2016/07/Picture2.jpg