Европейская программа по жизни и физическим наукам в космосе

ELIPS - Европейская программа по наукам о жизни и физике в космосе и приложениям с использованием Международной космической станции. начался в 2001 году и был рассчитан на деятельность в течение следующих 5 лет. Эта программа по микрогравитации Европейского космического агентства (ЕКА) является факультативной программой, в которой в настоящее время участвуют 17 государств-членов ЕКА. Программа ELIPS готовит и проводит исследования на Международной космической станции и других беспилотных миссионерских платформах, таких как Sounding Rockets, в области фундаментальных и прикладных наук о жизни и физических науках. ELIPS является продолжением более ранних европейских программ по микрогравитации EMIR 1 и 2 и «Установки микрогравитации для Колумбуса» (MFC).

ЭЛЛИПС

ELIPS (Европейская жизнь и физическая наука в космосе) — это исследовательская программа Европейского космического агентства (ЕКА) в области науки и применения в космосе. Большинство экспериментов проводится на Международной космической станции, но используются и другие миссионерские платформы, которые могут обеспечить невесомость в течение более короткого или длительного времени, такие как десантные башни, параболические полеты, зондирующие ракеты и роботизированные орбитальные капсулы. Для подготовки к будущему освоению космоса человеком проводятся различные наземные исследования, в частности исследования постельного режима, изоляционные исследования («аналоги») и исследования биологического действия радиации на ионно-лучевых установках.

Основными областями исследований являются физика жидкостей, материаловедение, фундаментальная физика, физиология , биология и экзобиология . В течение года на МКС проводится около тридцати экспериментов с поддержкой ELIPS, а на всех платформах это составляет около ста исследований. Всего в программе ELIPS задействовано около 1500 ученых. Краткие описания и результаты всех экспериментов заархивированы и доступны в Архиве экспериментов Erasmus (EEA).

ELIPS — это факультативная программа в рамках ЕКА, на которую подписываются 15 государств-членов в советах ЕКА на министерском уровне, и это происходит каждые три-четыре года. В настоящее время ELIPS 4 охватывает период 2013–2016 гг. На период ELIPS 4 был выделен бюджет в размере 210 миллионов евро. Странами-участницами являются Австрия, Бельгия, Чехия, Дания, Франция, Германия, Греция, Ирландия, Италия, Норвегия, Нидерланды, Испания, Швеция, Швейцария, Великобритания, Румыния и Канада в рамках Соглашения о сотрудничестве с ЕКА. Ожидается, что следующая встреча Совета министров состоится в 2016 году.

История

Программа ELIPS была определена в 2001 году и рассчитана на деятельность на следующие 5 лет. Программа ELIPS готовит и проводит исследования на Международной космической станции и беспилотных миссионерских платформах, таких как Sounding Rockets, в области фундаментальных и прикладных наук о жизни и физических науках. ELIPS является продолжением первоначальных европейских программ по микрогравитации EMIR 1 и 2 и «Установки микрогравитации для Колумбуса » (MFC).

От первой программы ЕКА по микрогравитации до EMIR 1 и 2 и программы MFC

Примерно в 1980 году отсутствие последовательной европейской стратегии развития исследований микрогравитации стало очевидным практическим препятствием. Отсутствие координации финансирования не было жизнеспособным решением для продолжения первой миссии Spacelab . Решением стало предложение ЕКА своим делегациям создать программу исследований микрогравитации. В январе 1982 года первая фаза этой программы стала реальностью, предполагалось профинансировать три дорогостоящих и необходимых многопользовательских объекта - по биологии, физике жидкостей и, в качестве дополнительной программы, запуск первых зондирующих ракет под координацией ЕКА. В феврале 1985 года делегации одобрили вторую фазу Программы по микрогравитации, которая отныне называлась Европейской программой исследований микрогравитации 1 или EMIR-1. Первый период финансирования длился 4 года с двумя продлениями в 1988 и 1991 годах, что, по сути, обеспечивало общий пакет финансирования до 1999 года. Таким образом, EMIR-1 фактически охватывал период в 15 лет.

Целью ЭМИР-2 было прикрытие исследовательской деятельности до начала использования Международной космической станции, которое на тот момент планировалось начать в 2001 году. В 1995 году он был одобрен лишь частично, что привело к снижению уровня активности на предстоящий период. много лет. Поскольку начало использования МКС было отложено, средства пришлось истощить, что привело к значительно меньшему количеству экспериментов, чем в середине 1990-х годов.

Первоначально модуль «Колумбус» длиной 12,8 метра — основной вклад ЕКА в МКС — был по соображениям стоимости постепенно уменьшен до половины — 6,4 метра. Кроме того, по бартерному соглашению с НАСА 51% ресурсов Колумбуса был передан ЕКА, а остальная часть будет доступна для использования НАСА в соответствии с соглашением об использовании. Результатом этих мер стало то, что ЕКА смогло разместить четыре специализированных объекта микрогравитации в Колумбусе, «Установки микрогравитации для Колумбуса» или MFC. Программа MFC была одобрена вместе с программой Columbus в сентябре 1995 года и включала в себя набор исследовательских центров Columbus: биолабораторию , лабораторию гидродинамики (FLS), лабораторию материаловедения (MSL), а также первую серию экспериментов.

Одновременно с этим развитием построенная в России космическая станция «Мир» постепенно все больше и больше использовалась международными партнерами и, как таковая, сформировала важную основу для накопления опыта, подготовки строительства и использования будущей Международной космической станции МКС.

Цели программы ELIPS

Программа ELIPS является важной программой, гарантирующей, что европейские инвестиции в развитие и эксплуатацию МКС приведут к широкому спектру научных результатов. Программа ELIPS способствует глобальному сотрудничеству, поддерживает и укрепляет международные исследования и экспертные оценки. ELIPS также способствует европейской координации в вопросах развития объектов и использования ресурсов. Первоначально в общей сложности 229 предложений по экспериментам были рекомендованы независимыми коллегами и находились в базе данных экспериментов ЕКА по пилотируемым космическим полетам. В этих предложениях участвовали более 1000 европейских ученых и почти 125 европейских некосмических научно-исследовательских компаний.

До начала эры Международной космической станции европейская экспериментальная деятельность осуществлялась либо Европейским космическим агентством, ЕКА, либо теми европейскими странами, которые имели независимые национальные космические программы. Эксперименты проводились либо на борту космического корабля "Шаттл" НАСА в рамках конкретных миссий Spacelab и Spacehab , либо позже - с начала 1990-х годов - в качестве полезной нагрузки на борту российских космических кораблей. Основным объектом для последней стала российская космическая станция «Мир», которая вращалась вокруг Земли в течение 15 лет, а также российская беспилотная спутниковая программа «Фотон» (на раннем этапе под названием «Бион» (спутник) использовалась ЕКА. Эти совместные мероприятия регулировались рядом меморандумов о взаимопонимании и контрактов, определяющих условия проведения той или иной миссии, права и обязанности партнеров и т. д.

С началом эры МКС примерно в 2001 году собственно программа ЕКА по использованию науки и аспекты инфраструктуры были разделены на две связанные, но независимые с точки зрения принятия решений программы. ELIPS стала научной программой, а Программа эксплуатации МКС занимается всеми системными и эксплуатационными аспектами использования МКС. В рамках бюджета программы эксплуатации ЕКА построило основные элементы в качестве ключевого вклада в МКС. Таким образом, Автоматизированное транспортное средство (ATV), лаборатория «Колумбус», дополнительный бартерный элемент «Узел 2» и элемент «Купола» ключевым вкладом стали .

Главный вклад ЕКА в Международную космическую станцию ​​— европейский лабораторный модуль «Колумбус». Он был прикреплен к МКС 11 февраля 2008 года во время миссии STS-122 с участием двух европейских астронавтов: Леопольда Эйхартса и Ганса Шлегеля . Благодаря этому важному событию ЕКА получило полное право на использование МКС, что составляет 8,3% нероссийской части станции.

План исследований, определяющий программу ELIPS

ЕКА выбрало около 2000 года, чтобы согласовать программу исследований в области естественных и физических наук с программой ЕС. Рамочная программа ЕС была принципиальной моделью будущего исследовательского подхода ЕКА, в частности, в отношении интернационализации исследовательских групп, хотя процесс отбора и критерии отбора в некоторых моментах глубоко отличались от тех, что были в ЕС. В результате общий знаменатель между целями и средствами ЕКА и целями ЕС в общих чертах можно найти под заголовками: улучшение здравоохранения, промышленное развитие и защита окружающей среды.

Возможности ЕКА в этих областях были определены как объединение наземных эталонных экспериментов и мероприятий с теми, которые реализуются на борту МКС.

Аспекты улучшения здоровья рассматриваются в рамках исследований в области физиологии и биологии человека, связанных с деятельностью МКС.

Промышленное развитие представлено в качестве темы в основе проектов по продвижению применения микрогравитации (MAP), реализуемых ЕКА уже более десяти лет в форме формирования команды между университетскими исследователями, отраслевыми исследованиями и ЕКА.

Забота об окружающей среде в значительной степени связана с наблюдением Земли, для которого МКС предлагает хорошую платформу.

Европейский план исследований

До определения программы ELIPS не было определено ни одного европейского исследовательского плана для реализации Европейским космическим агентством исследований в рамках Пилотируемой космической программы. План исследования был разработан на основе ряда критериев, один из которых представлял собой общий набор основных тем: Таким образом, начиная с программы ELIPS, предложение в принципе должно подпадать под одну из следующих стратегически определенных основных категорий:

• Исследование природы
• Улучшение здоровья
• Инновационные технологии и процессы
• Забота об окружающей среде

Под этими стратегическими заголовками естественным образом появляются шесть основных областей исследований, связанных с исследовательской направленностью ЕКА, и в рамках этих дисциплин идентифицируются четырнадцать так называемых краеугольных камней:

• Фундаментальная физика

- Исследование сложной физики плазмы и пылевых частиц , уделяя особое внимание пониманию трехмерного поведения частиц в плазме, воспроизводящего фундаментальные молекулярные явления, и процессов агрегации в вакууме или атмосферной среде, требующих невесомости.

- Изучать холодные атомы и квантовые жидкости , уделяя особое внимание разработке и использованию в космосе часов на холодных атомах, которые могут достичь уровня точности, недостижимого на Земле.

• Физика жидкости и горения

- Изучать структуру и динамику жидкостей и многофазных систем , таких как критические жидкости, бинарные и тройные системы и зернистые материалы, которые неоднородны в макроскопическом масштабе в гравитационном поле Земли. Особый интерес представляют также потоки жидкости в центральной геометрии и эволюция многокомпонентных систем, таких как пены и эмульсии.

- Проводить эксперименты по сжиганию газа, жидкого или твердого топлива для количественного исследования явлений, накладываемых на Землю конвекцией плавучести.

• Материаловедение

- При измерении теплофизических свойств жидких металлов будут использоваться возможности безконтейнерной обработки образцов в условиях, достижимых только в условиях невесомости.

- Устранив эффекты гравитации, новые материалы и процессы в ходе экспериментов в космосе можно получить . Это включает понимание механизмов роста кристаллов и затвердевания металлов, неорганических и органических материалов, а также биологических макромолекул.

• Физиология

- В области комплексной физиологии изучают влияние низкой гравитации и других экстремальных условий на регуляцию всего организма, например, на сердечно-сосудистую, дыхательную и сенсомоторную системы.

- Используйте условия пониженной гравитации, чтобы узнать о влиянии нагрузки на функциональные элементы физиологии мышц и костей , например, атрофию мышц и обмен костной массы.

- Понимать в области неврологии влияние гравитации на контроль осанки, передвижения и когнитивных функций.

• Астро/экзобиология и исследование планет

- В области происхождения, эволюции и распространения жизни изучайте выживаемость организмов в экстремальных условиях на Земле, в космосе и в (моделируемых) планетарных средах.

- При подготовке к исследованию планеты человеком количественно оцените воздействие доз радиации и исследуйте влияние изоляции в условиях высокого стресса на людей. Кроме того, развивать базу научных знаний для выявления и использования природных ресурсов. Также изучите систему жизнеобеспечения для длительных планетарных миссий.

• Биология

- Изучить в области клеточной биологии и биологии развития влияние измененной гравитационной среды на развитие клетки и всего организма, включая размножение, уделяя особое внимание передаче сигналов, экспрессии генов и развитию нейронов.

- Исследование в области физиологии растений механосенсорных элементов, например, генов и белков, участвующих в гравитропизме.

- В области биотехнологии изучение в условиях невесомости трансмембранного и внутриклеточного потока медиаторов, контролирующих активность и дифференцировку клеток, а также взаимодействие клеток с матриксом.

Процесс отбора

Программа ELIPS охватывает все аспекты отбора, разработки необходимого оборудования и предоставления полетных возможностей для экспериментов. ЕКА руководствуется независимыми экспертами в своих консультативных комитетах, а также Европейским научным фондом (ESF) при определении научных приоритетов в рамках программы ELIPS. По итогам этих обсуждений ESF рекомендовал программу ELIPS и лежащий в ее основе план исследований.Процесс отбора отдельных экспериментов или проектов начинается с обращения ЕКА к научному сообществу с просьбой представить предложения. Это называется «Объявление о возможностях» (AO). Последний крупный АО для МКС был в 2009 году, когда один для экспериментов в области наук о жизни был скоординирован на международном уровне с НАСА , JAXA и CSA и получил название ILSRA-09 (Международное объявление о исследованиях в области наук о жизни). Параллельно ЕКА выпустило AO-2009 для физических наук на МКС и физических/биологических экспериментов на зондирующих ракетах. Для некоторых менее сложных платформ, таких как десантная башня и параболические полеты, ELIPS открыт для получения предложений в любое время.Предложения исследований проходят научную оценку независимых экспертов ( экспертная оценка ), и в случае положительного результата проводится первоначальная технико-экономическое обоснование. В целом успешные кандидаты направляются в Совет программы ЕКА по пилотируемым космическим полетам, микрогравитации и исследованиям для официального отбора в исследовательский пул проектов ELIPS.

Выполнение

Эксперименты для проектов, отобранных в пул ELIPS, реализуются в кратчайшие сроки, что во многом зависит от сложности и стоимости эксперимента. Для экспериментов на МКС от выбора до реализации обычно проходит пара лет, в некоторых случаях до десятилетия. Экспериментальное оборудование обычно предоставляется программой ELIPS, тогда как участвующие исследователи должны найти средства для себя из национальных источников. ЕКА также несет ответственность за все транспортные расходы в космос, эксплуатационные расходы и ресурсы экипажа (если он находится на МКС). Для проведения все более крупных или сложных экспериментов часто требуется сотрудничество с другими партнерами МКС (например, НАСА , JAXA , CSA или Роскосмосом ), особенно для крупных или сложных экспериментов.

Необработанные и калиброванные данные проведенных экспериментов предоставляются ученым для анализа; однако необработанные и откалиброванные данные формально остаются собственностью ЕКА, а обработанные данные становятся собственностью ученых.

Объекты МКС

Чтобы поддержать ожидаемые направления исследований на МКС, ЕКА построило несколько лабораторных установок. Основными из них являются Биолаборатория , Лаборатория гидродинамики (FSL), Лаборатория материаловедения (MSL), Европейские физиологические модули (EPM) и Европейская стойка с выдвижными ящиками (EDR). По бартерному соглашению с НАСА были предоставлены перчаточные боксы для науки о микрогравитации (MSG) и лабораторная морозильная камера минус восемьдесят градусов для МКС (MELFI). Для исследования воздействия за пределами МКС ЕКА предоставило Европейскому центру по изучению технологий и (EuTEF) SOLAR с Колумбусом в феврале 2008 года и было возвращено через 18 месяцев.

Установки были построены как многопользовательские и по этой причине обеспечивают значительную адаптируемость и гибкость для индивидуальных экспериментов.

Обычно помещения для физических наук и биологии предлагают размещение специально изготовленных экспериментальных модулей в зависимости от научных целей. Для физиологии имеется набор инструментов.

Для исследований в области материаловедения обычно необходимы печи, которые позволяют плавить и затвердевать образцы материалов, в то время как исследования в области гидродинамики в большей степени требуют наличия на борту сложной технологии визуализации для мониторинга жидкостей на месте, когда действуют заданные импульсы и разнообразные стимулы. отдается образцу жидкости.

Биологические образцы обычно нуждаются в среде с контролируемой температурой как до, во время, так и после исследования или обработки, а, например, растительный материал обычно нуждается в контролируемой атмосфере с точки зрения как качества света, так и состава газа. Кроме того, биологические исследования в этих полуавтоматических условиях нуждаются в системе управления и контроля отходов.

Исследования в области физиологии человека с участием бортового экипажа в качестве испытуемых требуют определенного специального оборудования для измерения и стимуляции. Ряд таких многопользовательских модулей включен в комплекс EPM, в то время как дополнительное оборудование для конкретных экспериментов было создано для конкретного использования и настроек. Наконец, НАСА установило Центр исследований человека 1 и 2 (HRF-1 и 2) в Колумбусе в рамках соглашения о сотрудничестве с ЕКА. ЕКА также установило кардиореспираторные инструменты в HRF-2 и в лаборатории НАСА Destiny.

Одно из общих соглашений между агентствами заключается в том, чтобы избегать дублирования оборудования при наличии достаточных резервных вариантов. Это соглашение было обусловлено двумя аргументами, а именно: 1) оборудование для использования в космосе является очень дорогостоящим и требует много времени для разработки и производства, и 2) было понятно, что время и физические ресурсы в любое время будут представлять собой существенное ограничение на борту. МКС, так что будет поощряться совместный подход.

ELIPS финансирует проекты как в космосе, так и на Земле.

В соответствии с первоначальным предложением программы ELIPS 2001 года было предложено рационализировать уже существующую научную деятельность. Цель состояла в том, чтобы усилить синергетический эффект между этими разнообразными, но по существу связанными видами деятельности, а также утверждалось, что хорошим космическим экспериментам обязательно должны предшествовать тщательные наземные эксперименты, а процесс экспертной оценки будет оцениваться хорошо подготовленным и хорошо подготовленным. финансируемых экспериментов выше, чем экспериментов, построенных только на неконсолидированной гипотезе. Таким образом, было предложено сформировать единую структуру в рамках программы ELIPS и рассмотреть возможность финансирования как таковую:

• Кратковременные эксперименты с невесомостью в европейских Drop Towers (естественная невесомость до 4,7 секунд и катапультирование до более 9 секунд)
• Кратковременные эксперименты в невесомости на параболических полетах самолетов (период невесомости порядка 20 секунд). В таких полетах обычно применяются повторяющиеся параболы, до 30 в день.
• Кратковременные эксперименты с невесомостью на борту так называемых кампаний Sounding Rocket от ESRANGE в Кируне, Швеция (периоды невесомости от 6 до 10 минут, в зависимости от типа ракеты).
• Доступ к европейским наземным объектам уникального характера, таким как, например, центрифуги, ускорители и радиационные установки.
• Исследования изоляции на наземных аналогах, таких как эксперимент Mars500, моделирующий полную космическую миссию на Марс и использующий станцию ​​Конкордия в Антарктиде.

Кроме того, было предложено продолжить поддержку проектов по применению микрогравитации (MAP), частно-государственного объединения промышленности, университетов и ЕКА, которое первоначально финансировалось в рамках программы EMIR. и деятельность Тематической группы , которая в целом поддерживала деятельность совещаний научных групп, предложенных и выбранных ЕКА для финансирования.

Программа ELIPS сегодня

В 2010 году результаты последнего объявления о научных исследованиях в области жизни и физики были официально одобрены Советом по программе пилотируемых космических полетов, микрогравитации и исследований (PB-HME). Результаты отбора были опубликованы начиная с 8-й страницы информационного бюллетеня «Human Space Flight Science Newsletter» за сентябрь 2010 г. По состоянию на июнь 2011 года в «исследовательском пуле» всего 258 экспериментов, из которых 163 предназначены для экспериментов в космосе, а остальные - для наземных подготовительных экспериментов.

Внешние ссылки

• Исследования и исследования пилотируемых космических полетов ЕКА
• Исследования ЕКА в области пилотируемых космических полетов - Центр Эразма. Архивировано 17 ноября 2012 г. в Wayback Machine.