Европейская программа жизни и физических наук в космосе - European Programme for Life and Physical Sciences in Space

ELIPS - Европейская программа жизни и физических наук в космосе и приложения, использующие Международная космическая станция[1] началась в 2001 году и должна была охватывать деятельность в течение следующих 5 лет. Эта программа по микрогравитации в Европейское космическое агентство (ESA) - это дополнительная программа, в которой в настоящее время участвуют 17 стран-членов ESA. Программа ELIPS занимается подготовкой и проведением исследований на Международной космической станции и других беспилотных платформах, таких как «Звучащие ракеты», в области фундаментальных и прикладных наук о жизни и физических науках. ELIPS является продолжением более ранних европейских программ микрогравитации EMIR 1 и 2, а также Микрогравитационных сооружений для Колумбуса, MFC.

ELIPS

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 также используются другие платформы для миссий, которые могут обеспечить невесомость в более короткие или более длительные периоды времени, такие как параболические башни, параболические полеты, зондирующие ракеты и роботизированные орбитальные капсулы. Чтобы подготовиться к будущему освоению космоса человеком, проводятся различные наземные исследования, в частности исследования постельного режима, исследования изоляции («аналоги») и исследования биологических эффектов излучения на ионно-лучевых установках.

Основные направления исследований: 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 около ста исследований. Всего в программе ELIPS задействовано около 1500 ученых. Краткие описания и результаты всех экспериментов заархивированы и доступны на сайте Архив экспериментов Эразмус (ЕЭЗ).

ELIPS - это дополнительная программа в рамках ЕКА, на которую подписываются 15 участвующих государств-членов в советах ЕКА на уровне министров, которая проводится каждые три-четыре года. В настоящее время ELIPS 4 работает в период с 2013 по 2016 год. На период ELIPS 4 был выделен бюджет в размере 210 миллионов евро. Страны-участницы: Австрия, Бельгия, Чешская Республика, Дания, Франция, Германия, Греция, Ирландия, Италия, Норвегия, Нидерланды, Испания, Швеция, Швейцария, Великобритания, Румыния и Канада в рамках Соглашения о сотрудничестве с ЕКА. Следующая встреча Совета министров состоится в 2016 году.

История

Программа ELIPS была определена в 2001 году и рассчитана на следующие 5 лет. Программа ELIPS занимается подготовкой и проведением исследований на Международной космической станции и платформах для беспилотных полетов, таких как «Звучащие ракеты», в области фундаментальных и прикладных наук о жизни и физических науках. ELIPS является продолжением первых европейских программ микрогравитации, EMIR 1 и 2, а также средств микрогравитации для Колумбус, МФЦ.

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

Примерно в 1980 году отсутствие последовательной европейской стратегии развития исследований в области микрогравитации стало очевидным практическим препятствием. Отсутствие координации финансирования не было жизнеспособным решением для полетов после первого Spacelab миссия. Решением стало предложение ЕКА своим делегациям создать программу исследования микрогравитации. В январе 1982 года стала реальностью Фаза-1 этой программы, предполагавшая финансирование трех дорогостоящих и необходимых многопользовательских объектов - для биологии, физики жидкостей и, в качестве дополнительной программы, полета первых зондирующих ракет при координации ЕКА. В феврале 1985 года делегации одобрили Фазу 2 программы микрогравитации, которая отныне называлась Европейской программой исследований микрогравитации 1 или EMIR-1. Первый период финансирования охватывал 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 покрыл период в 15 лет.

EMIR-2 имел целью охватывать исследовательскую деятельность до начала использования Международной космической станции, которая должна была начаться в 2001 году. В 1995 году она была одобрена лишь частично, что привело к снижению уровня активности в ближайшем будущем. много лет. Поскольку начало использования МКС было отложено, пришлось растянуть средства, что привело к значительно меньшему количеству выполненных экспериментов, чем это было в середине 1990-х годов.

Первоначально модуль «Колумбус» длиной 12,8 метра - основной вклад ЕКА в МКС - по причинам стоимости был постепенно сокращен до половины - 6,4 метра. Кроме того, в соответствии с бартерным соглашением с НАСА 51% ресурсов Колумбуса сохранялся для ЕКА, остальные должны быть доступны для использования НАСА в соответствии с соглашением об использовании. Результатом этих мер стало то, что ЕКА смогло разместить четыре специализированные установки для микрогравитации в Колумбусе, Микрогравитационные установки для Колумбуса или MFC. Программа MFC была одобрена вместе с программой Columbus в сентябре 1995 года и предусматривала набор исследовательских центров Колумбуса, Биолаб, Лаборатория гидродинамики (ДУТ), Лаборатория материаловедения (MSL) вместе с первой серией экспериментов.[2]

Одновременно с этим была построена российская космическая станция. МИР постепенно все больше и больше использовалась международными партнерами и как таковая стала важной основой для накопления опыта, подготовки к строительству и использованию будущей Международной космической станции, МКС.

Цели программы ELIPS

Программа ELIPS является важной программой, гарантирующей, что европейские инвестиции в разработку и эксплуатацию МКС приведут к широкому диапазону научных результатов. Программа ELIPS способствует глобальному сотрудничеству, поддерживает и укрепляет запросы на международные исследования и экспертные оценки. ELIPS также способствует европейской координации в плане развития производственных мощностей и использования ресурсов. Первоначально в общей сложности 229 предложений экспериментов были рекомендованы независимыми коллегами и хранились в базе данных экспериментов ЕКА в области космических полетов человека. В этих предложениях было перечислено более 1000 европейских ученых и почти 125 европейских компаний, занимающихся исследованиями и разработками в космосе.

До начала эпохи Международной космической станции европейские эксперименты исходили от Европейского космического агентства, ЕКА, или от тех европейских стран, которые имели независимые национальные космические программы. Эксперименты проводились либо на борту НАСА. Космический шатл по конкретным Spacelab и Spacehab миссии, а позднее - 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 станция. Foton (на ранней стадии по имени Бион (спутник) спутниковые программы использовались ЕКА. Эта совместная деятельность регулировалась рядом Меморандумов о взаимопонимании и контрактов, в которых оговаривались условия, при которых будет проводиться определенная миссия, права и обязанности партнеров и т. Д.

С началом эры МКС, начавшейся примерно в 2001 году, собственно научная программа ЕКА и аспекты инфраструктуры были разделены на две связанные, но независимые от решений программы. ELIPS стал научной программой, а программа эксплуатации МКС занимается всеми системными и эксплуатационными аспектами использования МКС. В рамках бюджета программы эксплуатации основные элементы были созданы ЕКА в качестве ключевых вкладов в МКС. Таким образом Автоматическая транспортная машина (ATV), лаборатория Колумбуса и дополнительный бартерный элемент Узел 2, а Купол элемент были ключевыми вкладами.

Основным вкладом ЕКА в Международную космическую станцию ​​является европейский лабораторный модуль «Колумб». Он был прикреплен к МКС 11 февраля 2008 г. во время Миссия СТС-122 с двумя европейскими астронавтами: Леопольд Эйхартс и Ганс Шлегель. Благодаря этому событию ЕКА получило все права на использование МКС, которая составляет 8,3% нероссийской части станции.

План исследования, определяющий программу ELIPS

ЕКА выбрало около 2000 года для согласования исследовательской программы в области естественных и физических наук с программой ЕС. Рамочная программа ЕС была основной моделью для будущего исследовательского подхода ЕКА, в частности, в отношении интернационализации исследовательских групп, хотя процесс отбора и критерии отбора в некоторых точках сильно отличались от таковых в ЕС. В результате общий знаменатель между целями и средствами, которые имеет ЕКА, и теми, которые имеет ЕК в целом, можно найти под заголовками: Улучшение здоровья, Промышленное развитие и Охрана окружающей среды.

Возможности ЕКА в этих областях были определены как совместное осуществление наземных эталонных экспериментов и мероприятий по сравнению с теми, которые выполняются на борту МКС.

Аспекты улучшения здоровья рассматриваются как часть исследований физиологии и биологии человека, связанных с деятельностью МКС.

Промышленное развитие представлено в качестве темы в основе проектов по продвижению приложений в условиях микрогравитации (MAP), проводимых ESA на протяжении более десяти лет в форме формирования команд между университетскими исследователями, отраслевыми исследованиями и ESA.

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

Европейский план исследований

До определения программы ELIPS не было определено никакого европейского исследовательского плана для выполнения Европейским космическим агентством исследований в рамках пилотируемой космической программы. План исследования был разработан на основе ряда критериев, один из которых представляет собой общий набор основных тем: Таким образом, начиная с программы ELIPS, предложение в принципе должно подпадать под одну из следующих стратегически определенных основных категорий:[3]

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

Под этими стратегическими заголовками, естественно, появляются шесть основных исследовательских областей, связанных с исследовательской направленностью ЕКА, и в рамках этих дисциплин выделяются четырнадцать так называемых краеугольных камней:

  • Фундаментальная физика

- Расследовать Сложная плазма и физика пылевых частиц, с особымакцент на понимание трехмерного поведения частиц вплазма воспроизводит фундаментальные молекулярные явления и агрегациюпроцессы в вакууме или атмосферной среде, требующие невесомости.

- Изучать Холодные атомы и квантовые жидкости, при этом особое значение придаетсяразработка и использование часов холодного атома в космосе, которые могутуровни точности недостижимы на Земле.

  • Физика жидкости и горения

- Изучите структура и динамика жидкостей и многофазных систем, Такие каккритические жидкости, двойные и тройные системы и сыпучие материалы, которые являются неоднороднымив макроскопическом масштабе в гравитационном поле Земли. ЕдинственногоИнтерес представляют также потоки жидкости в центральной геометрии и эволюция многокомпонентныхтакие системы, как пены и эмульсии.

- Выполнять Горение эксперименты с газом, жидким или твердым топливом, чтобыколичественно исследовать явления, наложенные на Землю плавучестьюконвекция.

  • Материаловедение

- Измерение Теплофизические свойства жидких металлов будет использоватьвозможности бесконтейнерной обработки проб при только достижимых условияхв невесомости.

- Устраняя гравитационные эффекты, Новые материалы и процессы можно получить из экспериментов в космосе. Этот включает пониманиемеханизмы роста кристаллов и затвердевания металлов, неорганических и органических материалов и биологических макромолекул.

  • Физиология

- В районе Комплексная физиология изучить влияние низкой гравитации и других экстремальных условий на все тело правила, например в сердечно-сосудистой дыхательной и сенсомоторной системах.

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

- Разберитесь в области Неврология влияние гравитации на контроль осанки, передвижения и познания.

  • Астро / экзобиология и исследования планет

- В области Происхождение, эволюция и распространение жизни изучать выживаемость организмов в экстремальных условиях на Земля, в космосе и в (смоделированных) планетных средах.

- В Подготовка к исследованию планеты человеком количественно оценить влияние доз радиации и исследовать влияние изоляции человека в стрессовой среде. Кроме того, разработать базу научных знаний для идентификации и использование ресурсов на месте. Также изучайте Life Support для длительных планетарных миссий.

  • Биология

- Осмотрите в районе Клеточная биология и биология развития влияние измененной гравитационной среды на развитие клетки и всего организма, включая воспроизводство, с особым упором на передачу сигналов,экспрессия генов и нервное развитие.

- Учеба в области Физиология растений механосенсорные элементы, например гены и белки, участвующие в гравитропизме.

- В районе Биотехнологии исследование в условиях невесомости трансмембранного и внутриклеточного потока медиаторов, контролирующих активность клеток идифференцировка, а также взаимодействие клетка-матрица.

Процесс выбора

Программа ELIPS охватывает все аспекты отбора, разработки необходимого оборудования и предоставления возможностей полета для экспериментов. ЕКА руководствуется независимыми экспертами в его консультативных комитетах, а также Европейским научным фондом (ESF) в определении научных приоритетов в рамках программы ELIPS. В результате этих обсуждений ESF рекомендовал предложение программы ELIPS и лежащий в основе план исследований. Процесс отбора отдельных экспериментов или проектов начинается с специальных обращений ESA 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 согласован на международном уровне с НАСА, JAXA и CSA и назван ILSRA-09 (Объявление о международных исследованиях в области наук о жизни). Параллельно ЕКА выпустило AO-2009 для физических наук на МКС и экспериментов по физике / науке о жизни на зондирующих ракетах. Для некоторых менее сложных платформ, таких как параболическая башня и параболические полеты, ELIPS открыта для получения предложений в любое время. Предложения по исследованиям проходят научную оценку независимых экспертов (экспертная оценка ), и в случае одобрения выполняется первоначальная оценка осуществимости. 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 в значительной степени зависит от сложности и стоимости эксперимента. Для экспериментов на МКС от выбора до реализации обычно требуется несколько лет, в некоторых случаях до десяти лет. Оборудование для экспериментов обычно предоставляется программой ELIPS, тогда как участвующие исследователи должны изыскивать средства для себя из национальных источников. ЕКА также несет ответственность за весь транспорт в космос, эксплуатационные расходы и ресурсы экипажа (если он находится на МКС). Все более крупные или сложные эксперименты, сотрудничество с другими партнерами МКС (т. Е. НАСА, JAXA, CSA или же Роскосмос ) часто ищут, особенно для больших или сложных экспериментов.

Необработанные и откалиброванные данные проведенных экспериментов предоставляются ученым для анализа; однако необработанные и откалиброванные данные формально остаются собственностью ЕКА, в то время как обработанные данные становятся собственностью ученых.

Объекты МКС

Чтобы поддержать ожидаемые области исследований на МКС, ЕКА построило несколько лабораторных объектов. Основные из них Биолаб, Лаборатория гидродинамики (FSL), Лаборатория материаловедения (MSL), Европейские модули физиологии (EPM), а Европейский ящик для ящиков (EDR). По бартерному соглашению с НАСА Перчаточный ящик для науки о микрогравитации (MSG) и Лабораторная морозильная камера минус восемьдесят градусов для МКС (MELFI) были предоставлены. Для исследований экспозиции за пределами МКС ЕКА предоставило Европейский фонд экспонирования технологий и (EuTEF) SOLAR с Columbus в феврале 2008 г. и был возвращен через 18 месяцев.

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

Обычно помещения для физических и биологических наук предлагают размещение индивидуальных экспериментальных модулей в зависимости от научных целей. Для физиологии предусмотрен набор инструментов.

Для исследований в области материаловедения обычно требуются печи, которые позволяют плавить и затвердевать образцы материалов, в то время как исследования в области жидкостей в большей степени нуждаются в сложной бортовой технологии визуализации для мониторинга флюидов на месте при наличии заранее определенных импульсов и различных стимулов. передается в пробу жидкости.

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

Исследования в области физиологии человека с бортовым экипажем в качестве подопытных требуют определенного специального измерительного и стимулирующего оборудования. Ряд таких многопользовательских модулей включен в средство EPM, в то время как дополнительное оборудование для экспериментов было построено для конкретного использования и настроек. Наконец, НАСА установило Центр исследований человека 1 и 2 (HRF-1 и 2) в Колумбусе в рамках сотрудничества с ЕКА. ЕКА также развернуло кардиореспираторные инструменты в HRF-2 и НАСА. Лаборатория судьбы

Одно общее соглашение между агентствами заключается в том, чтобы избежать дублирования оборудования, в то же время, когда будут доступны достаточные резервные варианты. В основе этой договоренности лежали два аргумента, а именно: 1) оборудование для использования космоса очень дорогое и требует много времени для определения и производства, и 2) что понималось, что время и физические ресурсы в любое время будут представлять собой значительные ограничения на борту. ISS, так что будет поощряться совместный подход.

ELIPS финансирует как космические, так и земные проекты

Согласно первоначальному предложению программы ELIPS от 2001 г., была предложена оптимизация уже существующей научной деятельности. Цель состояла в том, чтобы усилить синергетический эффект между этими разнообразными, но по сути связанными видами деятельности, а также утверждалось, что хорошим космическим экспериментам обязательно должны предшествовать тщательные наземные эксперименты, а также экспертная оценка процесс оценил бы хорошо подготовленные и хорошо финансируемые эксперименты выше, чем эксперименты, основанные только на неконсолидированной гипотезе. Таким образом, было предложено сформировать единую организацию в рамках программы ELIPS и рассмотреть возможность финансирования как таковую:

  • Кратковременные эксперименты по невесомости в Европейские башни падения (естественная невесомость до 4,7 сек и время катапультирования более 9 сек)
  • Кратковременные эксперименты по невесомости на борту параболические полеты на самолете (период невесомости порядка 20 секунд). В таких полетах обычно используются повторяющиеся параболы до 30 за один день.
  • Кратковременные эксперименты по невесомости на борту т.н. Звучащие ракетные кампании из ESRANGE в Кируне, Швеция (периоды невесомости от 6 до 10 минут, в зависимости от типа ракеты).
  • Доступ к Европейские наземные объекты уникального персонажа, например центрифуги, ускорители и радиационные установки
  • Исследования изоляции в наземных аналогах, таких как Марс500 эксперимент, моделирующий полную космическую миссию на Марс и использующий Конкордия станция на Антарктиде.

Кроме того, было предложено продолжить поддержку проектов по применению микрогравитации (MAP), частно-государственного объединения промышленности, университетов и ЕКА, которые изначально финансировались в рамках программы EMIR. и Актуальная команда мероприятия, которые в целом поддерживали мероприятия научных групп, предложенные и отобранные ЕКА для финансирования.

Программа ELIPS сегодня

В 2010 году результаты последнего объявления о исследованиях в области естественных и физических наук были официально одобрены Советом по программе полетов человека в космос, микрогравитации и исследований (PB-HME). Результаты отбора опубликованы на стартовой 8-й странице Информационный бюллетень по науке о космических полетах человека, сентябрь 2010 г.. По состоянию на июнь 2011 года в «исследовательском пуле» находится в общей сложности 258 экспериментов, из которых 163 предназначены для экспериментов в космосе, а остальные - для подготовительных наземных экспериментов.

Рекомендации

  1. ^ ESA / PB-MG (2001) 16, ред. 3
  2. ^ [Мир без гравитации - исследования космоса для здоровья и промышленных процессов, проведенные Г. Зайберт и др. Европейское космическое агентство 2001, ISBN  92-9092-604-Х.
  3. ^ ESA / PB-MG (2001) 24

внешняя ссылка