Меню

Кто выращивал кристаллы космос

Российский лабораторный модуль «Наука» будет выращивать перепелок и кристаллы в космосе

На лето 2021 года анонсирован запуск в космос российского многоцелевого лабораторного модуля «Наука». Этот элемент должен стать одной из секций МКС и послужить площадкой для проведения различных экспериментов.

История проекта

Модуль прошел долгий путь, начало которому положено в 70-е годы. Тогда был разработан его предшественник — транспортный корабль снабжения. Реализация проекта под названием «Заря» произошла только в 90-е с участием NASA и Boeing.

Россия приняла решение о создании самостоятельного сегмента МКС в начале 2000-х. За основу был взят проект того же транспортного корабля снабжения, получивший название «Наука». Стыковка с МКС планировалась на 2007 год, но сроки постоянно смещались: на 2011-й и 2012-й.

В 2013 году в топливной системе «Науки» была обнаружена металлическая стружка. Так как модуль должен самостоятельно долететь до станции, проигнорировать эту неполадку было невозможно.

Баки модуля многоразовые (перезаправляемые) и обладают сложной сильфонной системой. Произвести их заново крайне проблематично. Избавиться полностью от стружки не удалось, и было принято решение запускать модуль «как есть». Тем более что у предшественников были аналогичные проблемы со стружкой — возможно, она возникает в процессе работы двигателя.

Запланированные эксперименты

Новый модуль позволит вывести научные исследования в космосе на кардинально новый уровень. Например, работа в открытом космосе станет безопасной и более экономной (подготовка выхода человека за пределы станции — дорогостоящая процедура). Вместо космонавтов ее выполнит робот-манипулятор с точностью захвата до 5 мм.

На помощь ему придет робот, управляемый с помощью аватара.

Два основных эксперимента, которые планируют провести на базе «Науки»:

  1. выращивание эмбрионов перепелов. Эксперимент направлен на изучение возможности зачатия и вынашивания многоклеточного организма в условиях невесомости. Пока безопасность развития человеческого эмбриона на орбите оценивается как сомнительная. Для исследования будет применяться инкубатор с перепелиными яйцами, который имеет центрифугу для воссоздания искусственной силы тяжести;
  2. эксперимент «Вампир». Под этим устрашающим названием скрывается процесс создания неохлаждаемой матрицы кристаллов) для использования в инфракрасных датчиках. Приборы предназначены для аппаратов дистанционного зондирования по программе «Сфера». Благодаря воздействию невесомости и вращающего магнитного поля, кристаллы будут иметь высокую однородность структуры.

Запуск

15 марта 2021 года начались контрольные вакуумные испытания модуля, проводимые на космодроме Байконур. 16 марта туда доставлена ракета-носитель «Протон-М», необходимая для запуска. Роскосмос называет датой запуска 15 июля 2021 года, а стыковка должна произойти 23 июля.

Подписывайтесь на нас во Вконтакте и Яндекс Дзен.

Источник

Полупроводниковые кристаллы космического совершенства

Первые эксперименты по получению материалов в космосе начались 50 лет назад. За прошедшие годы основные методики и подходы к данным исследованиям не претерпели больших изменений, но цели работ, лежащих в этом русле, стали совсем другими: от поиска новых термостойких металлов учёные перешли к полупроводниковым кристаллам для солнечной энергетики. К очередному эксперименту из этой серии готовятся исследователи из Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН совместно с коллегами из Университета Хьюстона ( University of Houston ): на борту Международной космической станции (МКС) они хотят вырастить кристаллы совершенной структуры для солнечных панелей.

Полупроводниковые кристаллы – это основа всей электроники, и, конечно, существует масса методов их получения в земных условиях. К сожалению, все они обладают общими недостатками: выращенные кристаллы часто оказываются неоднородными, слишком маленькими или испорченными посторонними примесями. Причин на то много, но среди них существует одна наиболее общего характера – сила притяжения. В земных условиях гравитация порождает явление термогравитационной конвекции, перемешивания жидкости под действием разности температур в поле тяготения. В условиях же космической невесомости роль этого фактора значительно спадает, и становится возможным получать полупроводниковые кристаллы более чистой структуры и совершенного состава.

Читайте также:  Зарядное устройство для фонарика космос

Первые эксперименты по выращиванию материалов в космосе начались вскоре после полёта Гагарина, в 1961 году, и их результаты часто оказывались противоречивыми. Так, кристаллы Ge(Ca) и InSb(Te), полученные в американских экспериментах «Скайлэб», отличались высокой однородностью структуры, а кристаллы с борта «Аполлона-Союза», напротив, проигрывали своим земным аналогам. Причин для подобных неудач приводилось несколько: вибрации механизмов, остаточные микроускорения (ускорение свободного падения на борту космических аппаратов не равняется строго нулю вопреки распространяемым заблуждениям), некоторые конвекционные эффекты, незаметные при земном притяжении. Так учёным стало понятно, что космические условия намного сложнее, чем выглядят на первый взгляд, и многие эксперименты стали сопровождаться численными моделированиями. Они подтвердили: получать кристаллы совершенной структуры в космосе возможно, но чрезвычайно трудно.

Поэтому следующим этапом в изучении возможностей создания идеальных кристаллов стал метод физического моделирования. Полупроводниковые кристаллы часто получают методом направленной кристаллизации. Грубо говоря, тигель с нагретым расплавом нужного состава постепенно вносится в область с пониженной температурой, где и начинают расти кристаллы. Для ослабления земного явления термогравитации в подобных условиях учёные предложили перемещать не сам расплав, а создавать движущееся температурное поле с малыми радиальными температурными градиентами. Такой подход позволил моделировать космические условия роста кристаллов и заранее планировать эксперименты с экономией времени и материала. Один из самых ярких подобных опытов был проведён самими авторами обзорной статьи. Полупроводниковые кристаллы GaSb(Te) были перекристаллизованы в земных условиях и на борту АКА «Фотон-М3». В обоих случаях получились однородные кристаллы высокой чистоты, в которых наблюдались некоторые периодические зависимости физических свойств от структуры. При этом период зависимости для космических образцов составил 90 минут (что совпадает с периодом обращения спутника), а для наземных – 5–20 минут.

Очередной эксперимент по получению полупроводниковых кристаллов в космосе планируется провести уже в 2013 году. На борту МКС исследователи хотят вырастить кристаллы совершенной структуры для солнечных панелей – так уже отработанные методики находят новые практические приложения. При этом результаты подобных, несколько экзотических экспериментов помогают и совершенствованию наземных технологий.

Подробно результаты теоретических и экспериментальных работ, посвящённых выращиванию в космосе полупроводниковых кристаллов, описаны в обзорной статье российских физиков из ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН и НИЦ «Космическое материаловедение» . Публикация размещена на страницах журнала «Физика твёрдого тела» . Материалами для обзора послужили как многочисленные результаты исследований самих авторов, так и наиболее яркие работы их зарубежных коллег.

Источник

Журнал «Все о Космосе»

Космические белки: зачем на МКС выращивают идеальные биокристаллы

Утром 25 июня, вернувшийся с МКС экипаж корабля “Союз МС-11”, доставил на Землю контейнер с выращенными в космосе биокристаллами. Их исследование поможет ученым Курчатовского института в создании более эффективных лекарств, воздействующих на вирусы и бактерии на молекулярном уровне. На Земле кристаллы изучат с помощью метода рентгеноструктурного анализа.

Стремление к идеалу

Лекарства, воздействующие на структуру патогенных бактерий и вирусов, считаются на данный момент одними из самых эффективных. Чтобы создать такие препараты, необходимо детально исследовать структуры биомолекул, отвечающих за жизнедеятельность бактерий и вирусов.

— Молекулы белков представляют собой мишени для лекарственных средств, — рассказала главный научный сотрудник отдела структурной биологии Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий Инна Куранова. — Терапевтическое действие большинства препаратов основано на том, что, взаимодействуя с определенными биомолекулами, они прекращают или усиливают реакцию, которую белок катализирует в бактерии или вирусе. Если белок, необходимый для жизнедеятельности бактерии или вируса, перестает работать, болезнетворный организм погибает. Чтобы создать лекарственный препарат, избирательно действующий на такой белок, нужно детально изучить его строение.

Читайте также:  Сценарий про космос с инопланетянином

Самый распространенный на сегодняшний день метод изучения структур биомолекул (белков) — рентгеноструктурный анализ. Объект просвечивают рентгеновскими лучами под разными углами, чтобы получить так называемую картину дифракции –– рассеяния рентгеновских лучей. Затем с помощью компьютерно-математических методов ученые обрабатывают картину дифракции и восстанавливают расположение конкретных атомов в молекуле. Но для применения рентгеноструктурного анализа необходим белок в кристаллической форме, в которой биомолекулы «упакованы» в упорядоченную трехмерную структуру с фиксированным положением атомов.

Чтобы получить совершенные кристаллы, ученые из Курчатовского института выращивают их в космосе. Кристаллы растут в специально подобранных растворах, действующих на белок таким образом, что его макромолекулы, объединяясь, образуют строго упорядоченную кристаллическую структуру. Подбор состава раствора, обеспечивающего необходимые физико-химические условия такой «реакции», осуществляет специальная автоматическая установка.

Космический рейс

— Чтобы получить идеальный кристалл, необходимо обеспечить к нему равномерный доступ вещества, — пояснила начальник отдела структурной биологии Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий Валерия Самыгина. — На Земле этому препятствует гравитация. Поэтому мы отправляем белки в космос, где в условиях невесомости имеются почти идеальные условия для роста их кристаллов. Там молекулы могут встраиваться в кристалл равномерно со всех сторон. А чем совершеннее кристалл, тем выше точность, с которой мы определим структуру макромолекулы.

Перед отправкой на МКС ученые помещают белок и раствор в узкий контейнер длиной в детскую ладонь. Эти контейнеры размещают в термостате, который поддерживает постоянную температуру 20 ºС. Чтобы рост кристаллов не начался раньше времени, компоненты отделены друг от друга особым пористым гелем. Поэтому раствор начинает просачиваться к белку через строго выверенный промежуток времени.

В ходе текущего эксперимента планируется получить кристаллы белков, провоцирующих воспаление в организме термостабильных белков, которые можно использовать как биокатализаторы, а также кристаллы мутантных форм белка, что позволит удешевить производство инсулина.

Полезная невесомость

На основе проведенных прежде экспериментов биологи уже получили данные для разработки нового лекарства от туберкулеза, доказав эффективность выращивания белков именно в условиях невесомости.

С использованием кристаллов, выращенных в космосе, ученые исследовали пространственную структуру белка-мишени для создания антитуберкулезных препаратов — фермента из бактерии Mycobacterium tuberculosis. После проведения измерений с помощью рентгеновских лучей и последующей математической обработки полученных результатов была установлена пространственная структура свободного белка и его комплексов. Специалисты смогли наблюдать изменения в биомолекуле на нескольких последовательных стадиях «реакции». Полученные данные об атомарном строении белка на разных этапах реакции пригодны для синтеза антитуберкулезного препарата.

За цикл работ «Структурная биология макромолекул, значимых для биотехнологии и медицины» коллектив ученых из Курчатовского института (Валерия Самыгина, Инна Куранова и Владимир Попов) получили премию им. Е.С. Федорова. Эта премия присуждается раз в три года за выдающиеся научные работы, открытия и изобретения отделением физических наук РАН.

Валерия Самыгина и Инна Куранова также работают во ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН, а Владимир Попов –– в ФИЦ «Фундаментальные основы биотехнологий» РАН.

Ольга Коленцова

Дорогие друзья! Желаете всегда быть в курсе последних событий во Вселенной? Подпишитесь на рассылку оповещений о новых статьях, нажав на кнопку с колокольчиком в правом нижнем углу экрана ➤ ➤ ➤

Источник

Космические белки: зачем на МКС выращивают идеальные биокристаллы

На утро 25 июня намечено возвращение с МКС контейнера с выращенными в космосе биокристаллами. Их исследование поможет ученым Курчатовского института в создании более эффективных лекарств, воздействующих на вирусы и бактерии на молекулярном уровне. На Земле кристаллы изучат с помощью метода рентгеноструктурного анализа.

Стремление к идеалу

Лекарства, воздействующие на структуру патогенных бактерий и вирусов, считаются на данный момент одними из самых эффективных. Чтобы создать такие препараты, необходимо детально исследовать структуры биомолекул, отвечающих за жизнедеятельность бактерий и вирусов.

Читайте также:  Принципиальная схема аккумуляторного фонаря космос

— Молекулы белков представляют собой мишени для лекарственных средств, — рассказала главный научный сотрудник отдела структурной биологии Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий Инна Куранова. — Терапевтическое действие большинства препаратов основано на том, что, взаимодействуя с определенными биомолекулами, они прекращают или усиливают реакцию, которую белок катализирует в бактерии или вирусе. Если белок, необходимый для жизнедеятельности бактерии или вируса, перестает работать, болезнетворный организм погибает. Чтобы создать лекарственный препарат, избирательно действующий на такой белок, нужно детально изучить его строение.

Самый распространенный на сегодняшний день метод изучения структур биомолекул (белков) — рентгеноструктурный анализ. Объект просвечивают рентгеновскими лучами под разными углами, чтобы получить так называемую картину дифракции –– рассеяния рентгеновских лучей. Затем с помощью компьютерно-математических методов ученые обрабатывают картину дифракции и восстанавливают расположение конкретных атомов в молекуле. Но для применения рентгеноструктурного анализа необходим белок в кристаллической форме, в которой биомолекулы «упакованы» в упорядоченную трехмерную структуру с фиксированным положением атомов.

Чтобы получить совершенные кристаллы, ученые из Курчатовского института выращивают их в космосе. Кристаллы растут в специально подобранных растворах, действующих на белок таким образом, что его макромолекулы, объединяясь, образуют строго упорядоченную кристаллическую структуру. Подбор состава раствора, обеспечивающего необходимые физико-химические условия такой «реакции», осуществляет специальная автоматическая установка.

Космический рейс

— Чтобы получить идеальный кристалл, необходимо обеспечить к нему равномерный доступ вещества, — пояснила начальник отдела структурной биологии Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий Валерия Самыгина. — На Земле этому препятствует гравитация. Поэтому мы отправляем белки в космос, где в условиях невесомости имеются почти идеальные условия для роста их кристаллов. Там молекулы могут встраиваться в кристалл равномерно со всех сторон. А чем совершеннее кристалл, тем выше точность, с которой мы определим структуру макромолекулы.

Перед отправкой на МКС ученые помещают белок и раствор в узкий контейнер длиной в детскую ладонь. Эти контейнеры размещают в термостате, который поддерживает постоянную температуру 20 ºС. Чтобы рост кристаллов не начался раньше времени, компоненты отделены друг от друга особым пористым гелем. Поэтому раствор начинает просачиваться к белку через строго выверенный промежуток времени.

В ходе текущего эксперимента планируется получить кристаллы белков, провоцирующих воспаление в организме термостабильных белков, которые можно использовать как биокатализаторы, а также кристаллы мутантных форм белка, что позволит удешевить производство инсулина.

Контейнеры были отправлены на МКС 4 апреля. 25 июня они должны вернуться на «Союз МС-11», после чего ученые смогут приступить к исследованию полученных структур.

Полезная невесомость

На основе проведенных прежде экспериментов биологи уже получили данные для разработки нового лекарства от туберкулеза, доказав эффективность выращивания белков именно в условиях невесомости.

С использованием кристаллов, выращенных в космосе, ученые исследовали пространственную структуру белка-мишени для создания антитуберкулезных препаратов — фермента из бактерии Mycobacterium tuberculosis. После проведения измерений с помощью рентгеновских лучей и последующей математической обработки полученных результатов была установлена пространственная структура свободного белка и его комплексов. Специалисты смогли наблюдать изменения в биомолекуле на нескольких последовательных стадиях «реакции». Полученные данные об атомарном строении белка на разных этапах реакции пригодны для синтеза антитуберкулезного препарата.

За цикл работ «Структурная биология макромолекул, значимых для биотехнологии и медицины» коллектив ученых из Курчатовского института (Валерия Самыгина, Инна Куранова и Владимир Попов) получили премию им. Е.С. Федорова. Эта премия присуждается раз в три года за выдающиеся научные работы, открытия и изобретения отделением физических наук РАН.

Валерия Самыгина и Инна Куранова также работают во ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН, а Владимир Попов –– в ФИЦ «Фундаментальные основы биотехнологий» РАН.

Источник

Adblock
detector