Отолит летящей лягушки

Эта статья включает в себя список общих ссылок , но он остается в значительной степени непроверенным, поскольку в нем отсутствует достаточное количество соответствующих встроенных ссылок . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью, добавив более точные цитаты. ( Февраль 2014 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Отолит летящей лягушки / OFO 1

Космический аппарат Orbiting Frog Otolith (OFO)
Тип миссии	Бионаука
Оператор	НАСА
COSPAR ID	1970-094A
SATCAT нет.	04690
Продолжительность миссии	6 дней
Свойства космического корабля
Производитель	Исследовательский центр Эймса
Стартовая масса	132,9 кг (293 фунта)
Размеры	1,68 × 0,76 м (5,5 × 2,5 футов)
Начало миссии
Дата запуска	9 ноября 1970 г., 06:00:00  UTC ( 1970-11-09UTC06Z )
Ракета	Разведчик B S174C
Запустить сайт	Wallops LA-3A
Конец миссии
Дата посадки	9 мая 1971 года ( 1971-05-10 )
Параметры орбиты
Справочная система	Геоцентрический
Режим	Низкая Земля
Эксцентриситет	0,02009
Высота перигея	300 километров (190 миль)
Высота апогея	574 км (357 миль)
Наклон	37,3981º
Период	93,3 мин.
РААН	223,1857º
Аргумент перигея	136,8142º
Средняя аномалия	226,2623º
Среднее движение	16,50400352
Эпоха	9 мая 1971 года
Революции нет.	2843

Лягушки ( Rana catesbeiana ), те виды , которые путешествовали на рейс OFO-A

Scout B ракеты , как этот, запущенный Ofo.

Orbiting Frog отолитам (OFO) была НАСА космическая программа , которая направила два Bullfrogs на орбиту 9 ноября 1970 по изучению невесомости . Название, полученное в результате обычного употребления, было функциональным описанием биологического эксперимента, проводимого спутником. Отолит относится к механизму баланса внутреннего уха лягушки .

Программа Orbiting Frog Otolith Program была частью исследовательской программы Управления перспективных исследований и технологий НАСА (OART). Одной из целей OART было изучение функции вестибулярной системы в космосе и на Земле. Эксперимент был разработан для изучения приспособляемости отолита к устойчивой невесомости , чтобы предоставить информацию для полета человека в космос . Отолит - это структура во внутреннем ухе , связанная с контролем равновесия: ускорение по отношению к силе тяжести как его первичный сенсорный вход.

Эксперимент с отолитами-лягушками (FOE) был разработан Торквато Гуальтиеротти из Миланского университета , Италия , когда он был назначен в Исследовательский центр Эймса в качестве постоянного научного сотрудника, спонсируемого Национальной академией наук. ^[1] Первоначально планировавшийся в 1966 году для включения в раннюю миссию Аполлона , эксперимент был отложен, когда эта миссия была отменена. В конце 1967 года было дано разрешение на вывод на орбиту FOE, когда можно было спроектировать вспомогательный космический корабль. Этот проект, являющийся частью программы НАСА по системам человеческого фактора, был официально обозначен как OFO в 1968 году. После ряда задержек OFO был запущен на орбиту 9 ноября 1970 года.

После успешной миссии OFO-A в 1970 году интерес к исследованиям продолжился. В 1975 году был начат проект под названием "Исследование вестибулярной функции", целью которого было провести вестибулярный эксперимент на космическом корабле, вращающемся вокруг Земли. Этот лётный проект был в конечном итоге прекращен, но был проведен ряд наземных исследований. Исследование дало начало нескольким очень полезным ответвлениям, включая наземный вестибулярный исследовательский центр, расположенный в ARC . ^[2]

OFO не следует путать с аналогичными аббревиатурами, описывающими серию космических аппаратов орбитальной обсерватории , такой как орбитальная геофизическая обсерватория (OGO), орбитальная солнечная обсерватория (OSO) и орбитальная астрономическая обсерватория (OAO).

Космический корабль OFO [ править ]

Эксперимент OFO был первоначально разработан для полета в рамках программы Apollo Applications , которая была создана для оптимального использования оборудования, используемого в лунных миссиях Apollo . Однако, поскольку низкие уровни ускорения, необходимые для эксперимента, не могли быть легко поддержаны пилотируемым космическим кораблем Аполлон, беспилотный спутник был позже выбран в качестве более подходящего транспортного средства. Конструкция спутника исключает воздействие уровней ускорения выше 10 ⁻³ g (10 мм / с²). Это означало, что экспериментальные образцы могли находиться в практически невесомом состоянии.

Космический корабль имел диаметр примерно 30 дюймов (760 мм) и длину 47 дюймов (1190 мм). ^[2] В восьмиугольной нижней части космического корабля размещалась электронная аппаратура. Верхняя часть, в которой находился экспериментальный пакет, имела форму усеченного конуса. Теплозащитный экран покрывая эту верхнюю часть защищал эксперимент при повторном входе в плотных слоях атмосферы Земли. Йо-йо - де-спиновойсборка располагалась вокруг обхвата космического корабля. Четыре штанги, сложенные сбоку от космического корабля, располагались радиально вокруг спутника. После отделения космического корабля от ракеты-носителя подсистема йо-йо-деспин замедлила вращение космического корабля. Затем были выпущены четыре штанги, которые выступили со стороны космического корабля. Выдвижение стрел увеличивало момент инерции космического корабля, позволяя уровню ускорения оставаться ниже 10 ⁻³ g. ^[2]

Орбитальная лягушка Отолит-А [ править ]

Миссия OFO-A была запущена 9 ноября 1970 года (06:00 по Гринвичу) с космодрома на острове Уоллопс . Спутник с экспериментом OFO-A оставался на орбите почти семь дней. Восстановление корабля не планировалось. Полезной нагрузкой был экспериментальный пакет Frog Otolith Experiment Package (FOEP).

Целью эксперимента было изучить влияние микрогравитации на отолит, орган чувств, который реагирует на изменение ориентации животного в гравитационном поле Земли.

Две американские лягушки-быки ( Rana catesbeiana ) использовались в качестве подопытных в летном эксперименте. Лягушка-бык была выбрана для изучения, потому что ее лабиринт во внутреннем ухе очень похож на лабиринт человека. Поскольку это амфибия, предполетная операция может проводиться над водой, но во время полета ее можно держать в воде. Водная среда служила для гашения вибрации и ускорения запуска, а также для облегчения газообмена с организмами.

Обеим летучим лягушкам имплантировали электроды электрокардиограммы (ЭКГ) в грудные полости и микроэлектроды, имплантированные в их вестибулярные нервы . У лягушек была демоторизация путем перерезания нервов конечностей, чтобы они не могли вывести имплантированные электроды и снизить скорость их метаболизма. ^[3] При такой пониженной метаболической активности лягушки могли выжить в хорошем состоянии без еды в течение одного месяца. Погружение в воду позволяло лягушкам дышать через кожу. Водная среда также способствовала отводу углекислого газа и тепла от животных.

Оборудование [ править ]

Блок летного оборудования, FOEP , представлял собой герметичный контейнер, содержащий центрифугу , заполненную водой, в которой находились две лягушки. Центрифуга представляла собой цилиндрическую конструкцию, которая вращала головы лягушек через определенные промежутки времени. ^[3] FOEP также содержал систему жизнеобеспечения, которая могла поддерживать регулируемую среду для лягушек. Эта система состояла из двух замкнутых контуров, один из которых содержал жидкость, а другой - газ. Интерфейс между двумя петлями представляет собой избирательно проницаемую силиконовую резину.который действовал как искусственное легкое. Кислород проходил через мембрану из газа в сторону жидкости, а диоксид углерода из жидкости в сторону газа. Лягушки погружали в жидкую петлю. Насос прокачивал кислород через газосодержащий контур. Диоксид углерода, поступающий в газовый контур, удалялся абсорбентом, а очищенный кислород возвращался в насос для рециркуляции. Водяной испаритель и электрический нагреватель поддерживали температуру воды около 60 ° F (15 ° C). Система усилителя в FOEP увеличила выходное напряжение микроэлектродов, имплантированных животным, до уровня, необходимого для телеметрического устройства.

Операции [ править ]

Хирургическая подготовка летающих лягушек была завершена примерно за 12 часов до запуска, и животные были запечатаны внутри FOEP. Резервная копия FOEP была также подготовлена ​​с аналогичными образцами. Летательный аппарат FOEP был установлен на спутнике примерно за три часа до запуска.

Центрифуга была активирована как можно скорее после того, как спутник вышел на орбиту и стабилизировался при 10 ^-3 g (10 мм / с²). Центрифуга циклически прикладывала гравитационные стимулы. Каждый цикл длился около 8 минут и состоял из следующего: 1-минутный период без ускорения, 8-секундный период, когда начинается медленное вращение, 14 секунд постоянного 0,6 g (6 м / с²), 8-секундный период, когда вращение медленно прекращалось, и в течение 6 минут можно было измерить последствия вращения. ^[3] Циклы выполнялись каждые 30 минут в течение первых 3 часов на орбите и реже в течение остальной части полета.

Эксперимент OFO продолжался до седьмого дня на орбите, когда вышла из строя бортовая батарея. Восстановление космического корабля OFO и оборудования FOEP не потребовалось. Две лягушки умерли в ходе эксперимента.

Результаты [ править ]

Эксперимент удался. Показатели электрокардиографии (ЭКГ) показали, что у летающих лягушек хорошее здоровье на протяжении всего полета. Вестибулярные записи были сделаны, как и ожидалось. Во время полета произошли две неисправности оборудования: давление в баллоне увеличилось до 11 фунтов на квадратный дюйм (76 кПа), а температура снизилась до 55 ° F (13 ° C) в течение девяти часов. Однако контрольные эксперименты, проведенные на земле, показали, что эти неисправности мало повлияли на результат летного эксперимента.

Несколько изменений вестибулярной реакции были отмечены в ранний период невесомости. Все наблюдаемые изменения вернулись к норме в течение последних 10-20 часов полета, что свидетельствует об акклиматизации . ^[3]

Пакет экспериментов с отолитами-лягушками (FOEP) [ править ]

Пакет для экспериментов с отолитами-лягушками (FOEP) содержит все оборудование, необходимое для обеспечения выживания двух лягушек. Образцы помещаются в заполненную водой автономную центрифугу, которая обеспечивает испытательное ускорение на орбите. Лягушки демоторизованы, чтобы предотвратить смещение имплантированных электродов и снизить скорость их метаболизма. ^[4]

Система жизнеобеспечения (LSS): LSS поддерживает регулируемую среду в FOEP, чтобы гарантировать выживание и нормальное функционирование двух демоторизованных лягушек. Нижняя перегородка внутренней сборочной конструкции обеспечивает место для установки всего оборудования жизнеобеспечения.

Размеры упаковки составляли 18 дюймов (457 мм) в диаметре и 18 дюймов в длину, вес в загруженном состоянии составлял 91 фунт (41 кг). Сбор данных состоял из ЭКГ, температуры тела и вестибулярной активности. Также имелась наземная испытательная установка FOEP, к которой FOEP можно было подключить перед полетом для вентиляции и проверки условий окружающей среды перед загрузкой в ​​космический корабль.

Канистра [ править ]

Наружный корпус из FOEP является герметичной канистрой 18 ¹ / ₁₆ дюймов (458,8 мм) в диаметре и 18½ дюймов (470 мм) в длину. Нижняя крышка и съемная верхняя крышка имеют слегка выпуклую форму для предотвращения взрыва в случае возникновения перепадов давления. Внутренняя конструкция в сборе прикреплена к опорному кольцу примерно 6 дюймов от дна контейнера и состоит из верхних и нижних переборок , соединенных цилиндром. Вырезы в цилиндре открывают доступ к центрифуге, в которой находятся лягушки. Рядом с верхней частью канистры находятся две проходные электрические розетки для источника питания и линии передачи данных.

Центрифуга [ править ]

Центрифуга представляет собой полый цилиндр диаметром 6 дюймов и длиной 13,5 дюймов с обеими торцевыми крышками на своих местах. Цилиндр установлен перпендикулярно канистре и опирается на шарикоподшипники, размещенные в верхней и нижней переборках. Ось вращения центрифуги образована валами, расположенными по центру в вертикальной плоскости под прямым углом к ​​цилиндру, которые удерживаются на месте шарикоподшипниками. Тонкие торцевые крышки с мелким куполом прикреплены болтами к каждому концу центрифуги с промежуточными резиновыми прокладками для предотвращения утечки. В центре каждой крышки находится фитинг, который позволяет полностью оснастить образцы лягушек и установить непосредственно на торцевые крышки перед помещением в центрифугу и погружением. Вода служит подушкой для высоких ускорений и вибраций при запуске и средой для газообмена через кожу лягушек.Центрифуга фиксируется и не отпускается до тех пор, пока орбита космического корабля не стабилизируется. Двигатель, приводящий в движение центрифугу, установлен на верхней перегородке. На центрифуге установлены усилители сигналов и акселерометр.

Электрод нейтральной плавучести [ править ]

Микроэлектрод состоит из зонда из вольфрамовой проволоки диаметром 50 мкм , электрически заостренного до диаметра менее 1 мкм и полностью изолированного от наконечника. Пузырек воздуха, заключенный в полиэтиленовой трубке, в которой находится зонд, добавляет плавучести и придает электроду такую ​​же плотность, как и нерв, в который он имплантирован, тем самым позволяя им двигаться вместе. Часть парафина используется для соединения электрода с ручкой, которая используется только во время процесса имплантации, а затем удаляется. Нервные импульсы, регистрируемые микроэлектродами, поступают в предусилитель, непосредственно прикрепленный к челюсти лягушки, и передаются на усилитель пост-данных для телеметрии космического корабля.

Система жизнеобеспечения (LSS) [ править ]

Система жизнеобеспечения (LSS) Экспериментального пакета по отолитам лягушек (FOEP) поддерживает регулируемую среду внутри FOEP, чтобы гарантировать выживание и нормальное функционирование экспериментальных образцов. LSS разработан для удовлетворения физиологических потребностей двух демоторизированных лягушек весом 350 г (12 унций) каждая. Демоторизация лягушек происходит за счет перерезания нервов конечностей, что снижает скорость их метаболизма. В этом состоянии лягушки не нуждаются в искусственном дыхании и могут оставаться здоровыми без еды в течение месяца. После установки в центрифугу лягушки полностью погружаются в воду, которая служит средой для обмена кислорода и углекислого газа и тепла через кожу лягушки. ^[5]

LSS в основном состоит из двух замкнутых контуров: один содержит жидкость, а другой - газ. Нижняя перегородка внутренней сборочной конструкции обеспечивает место для установки всего оборудования LSS. Система подачи кислорода работает через эти контуры и включает кислородный баллон емкостью 4,5 см3, редуктор и регулятор давления, искусственное легкое, поглотитель CO ₂ и водоснабжение. Ограниченный контроль температуры окружающей среды лягушек доступен с помощью испарителя / нагревателя воды.

Искусственное легкое [ править ]

Граница между петлями происходит на селективно проницаемой мембране из силиконового каучука, которая разделяет жидкость и газ. Эта мембрана, называемая легким, пропускает кислород из газового контура в жидкостной контур и CO ₂ из жидкостного контура в газовый контур.

Жидкая петля [ править ]

Лягушки, размещенные в центрифуге, находятся в жидкостной петле. Двигаясь от легкого к лягушкам, петля содержит воду и растворенный кислород; Двигаясь от лягушек обратно к легким, он содержит воду и свободный CO ₂ . Двойной слой пенополиуретана, покрывающий внутреннюю часть центрифуги, предотвращает загрязнение системы циркуляции воды отходами лягушки. Вода циркулирует по жидкостному контуру с помощью небольшого насоса и должна пройти через фильтр, прежде чем покинуть центрифугу.

Газовая петля [ править ]

Газовый контур состоит из контура в нижней перегородке, по которому циркулирует кислород с помощью небольшого насоса. Насос подает чистый кислород в легкие, где часть его попадает в контур жидкости, а остаток смешивается с CO _2, поступающим из контура жидкости. Из легких смесь кислорода и CO ₂ проходит через слой баралима, который поглощает CO ₂ . Чистый кислород возвращается из Baralyme в насос и рециркулирует. Подача кислорода пополняется газом из небольшого кислородного баллона.

Испаритель / нагреватель [ править ]

В сочетании с тепловой средой космического корабля испаритель воды и 8-ваттный электрический нагреватель будут поддерживать температуру воды на уровне 60 ± 5 ° F (15,5 ± 3 ° C). Подача воды для испарителя находится в резиновом баллоне, поддерживаемом кольцом в баллоне непосредственно над нижним куполом. Когда температура воды превышает номинальное значение 60 ° F, команда заземления приводит в действие схему синхронизации, приводящую в действие клапан. В результате давления окружающей среды внутри баллона вода выталкивается из баллона через клапан в испаритель. Внутренние тепловые нагрузки передаются через теплообменник на испаритель и рассеиваются при испарении воды.

См. Также [ править ]

• Животные в космосе

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

• Орбитальный отолит-лягушка OFO - пресс-кит НАСА (формат PDF)
• Эксперимент с орбитальной лягушкой и отолитами (OFO-A) Эксперименты по обработке и контролю данных - Отчет НАСА (в формате PDF)