V letošním roce bychom se měli dočkat jednoho spektakulárního startu, na který čekáme už opravdu dlouho. Vůbec poprvé by se super raketa SLS měla vypravit na cestu do kosmického prostoru. V rámci tohoto letu půjde o ověření kompletní architektury plánovaných misí SLS s lodí Orion a fungování celé rakety během letu. Primárním nákladem bude loď Orion, ale nebude nákladem jediným! My se po následujících deset čtvrtků budeme podrobněji dívat na jednotlivé sekundární náklady této mise, které tvoří deset 6U CubeSatů, jež mají mnohdy nečekaně zajímavé úkoly. A ačkoli všechny CubeSaty nezamíří k Měsíci, tak ale všechny využijí tuto ověřovací misi jako stopaři, připraveni vydat se díky ní na svoji objevnou výpravu.

První CubeSat, který si představíme, je zároveň také jediným, který bude mít na své palubě živé organismy. Půjde zatím jen o kvasinky, ale úzce souvisí s člověkem a lety do kosmu. Biomedicínská mise CubeSatu BioSentinel je v mnohém unikátní a má aspiraci přinést zásadní poznání vlivu kosmického záření na živé organismy. Tyto poznatky budou obzvláště ceněné v rámci pilotovaných misí, které zamíří na delší dobu k Měsíci, či Marsu. Výzkum v této oblasti sice prožívá razantní vývoj v rámci různých simulací, nicméně žádná simulace nedokáže nahradit přímé testovaní v reálném kosmickém prostoru a mimo ochranu Van Allenových pásů Země. Kosmické záření je navíc specifický mix různých typů záření a na Zemi jej lze jen stěží nasimulovat. A jak se bude provádět samotný pokus?

BioSentinel během příprav
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Primárním cílem mise BioSentinel je vyvinout biosenzor využívající jednoduchý modelový organismus k detekci, měření a korelaci dopadu kosmického záření na živé organismy po dlouhou dobu mimo nízkou oběžnou dráhu Země. BioSentinel poveze několik skupin kvasinek Saccharomyces cerevisiae (kvasinka pivní, vinná), které budou analyzované zmíněným biosenzorem. Na misi pak poletí dva kmeny kvasinek. Jeden nazývaný divoký (neupravený, bez jakýchkoli změn), který má schopnost opravy své DNA a kmen defektní, který vytváří chyby při opravě své DNA, jelikož prošel ozářením ionizovaním zářením. Opravy DNA přitom budou potřeba, protože záření v kosmu bude šroubovice stále narušovat.

Biosenzor se tedy skládá ze specificky upravených kmenů kvasinek a růstového média obsahujícího barvivo metabolického indikátoru. Růst kultury a metabolická aktivita kvasinkových buněk tedy přímo ukazují na úspěšnou opravu poškození DNA a to dle barvy, která se na biosenzoru objeví.

Mikrofluidní karta s dvěma kmeny kvasinek
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Jednotlivé sady kvasinek jsou uloženy uvnitř družice na mikrofluidních kartách. Každá taková karta má 16 kultivačních jamek (osm s divokým kmenem kvasinek a osm s defektním). Jednotlivé misky a karty se budou aktivovat hydratací vybraných kvasinek v průběhu celé mise, která má trvat až jeden rok. Pokud dojde k hydrataci kvasinek, bude se proces jejich života sledovat vždy přibližně jeden týden. Mise pak veze ještě jednu rezervní kartu, která se použije v případě, že dojde ke sluneční erupci, kde proud nabitých částic bude mít směr, ve kterém zasáhne i družici.

Druhou součástí tohoto experimentu jsou další sady kvasinek, které se nachází na palubě Mezinárodní kosmické stanice a budou se aktivovat společně s probíhající misí na BioSentinelu. Kvasinky na stanici tedy budou stejně vystaveny stavu mikrogravitace, nicméně se budou nacházet v částečně chráněném prostředí na nízké oběžné dráze. Porovnání obou skupin přinese další cenné porovnání dat.

Biologická měření budou porovnána s radiačními daty, která dodají palubní fyzikální senzor a dozimetr (spektrometrem LET), aby se definovala celková dávka ionizujícího záření a charakteristika tohoto záření.

DSB – zásah DNA nabitou částicí a její poškození
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Toto dlouhodobé pozorování všech sad kvasinek má šanci podat zásadní informace o vlivu záření v meziplanetárním prostoru na živé organismy. Způsob opravy poškozené DNA je u kvasinek navíc podobný jako u lidí a tudíž se jedná o podstatný zdroj dat pro připravované mise s člověkem na palubě. Poslední takový (ale krátkodobý) experiment s biologickým materiálem vystaveným záření v meziplanetárním prostoru proběhl před padesáti lety v rámci programu Apollo. Celá mise proto pomůže doplnit mezeru ve strategických znalostech pro nadcházející komplexní pilotované mise. S tím, jak se nyní chystají nejen agentury, ale i společnost SpaceX vysílat lidi dále od planety a k mnohem delším misí, jeví se tento výzkum jako zásadní pro poznání rizik, které tyto dlouhodobé mise mohou přinést.

A jak bude probíhat samotný let? BioSentinel odstartuje na misí Artemis I s dalšími devíti CubeSaty. Bude uložen ve vypouštěcím deployeru umístěném na spojovacím adaptéru lodě Orion a druhého stupně rakety SLS. Tento stupeň navede loď Orion k Měsíci a až se loď uvolní, začnou se uvolňovat i jednotlivé CubeSaty. Mnohé z nich pak změní svoji trasu. BioSentinel proletí kolem Měsíce a dostane se na oběžnou dráhu kolem Slunce, kde započne svoji misi. Délka primární mise je stanovena na 6 – 12 měsíců.

Rozměry tohoto CubeSatu jsou 10 cm × 20 cm × 30 cm (6U CubeSat) a jeho hmotnost je 14 kilogramů. Ze šesti standardních kostek o rozměru 10 cm x 10 cm × 10 cm se ve čtyřech bude nacházet samotný experiment s kvasinkami a všechny senzory. V jedné kostce bude komunikační a řídicí systém a v jedné kostce bude pohonný systém, který byl kompletně vytištěn na 3D tiskárně. Obsahuje nádržky se stlačeným plynem a sestavu sedmi trysek, které zajistí správnou orientaci družice. Solární panely budou dodávat CubeSatu až 30 wattů. Komunikace bude probíhat v pásmu X.

Uložení deseti CubeSatů, které vyrazí na misi Artemis I
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Zdroje informací:
https://www.nasa.gov/
https://en.wikipedia.org/
https://www.thermofisher.com/

Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/acd15-0042-011.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/biosentinelspacecraft.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/dna-dsb.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/biosentinel_in_space.png
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b8/ARTEMIS-1_%28CUBESATS%29.jpg