Отолит летящей лягушки - Orbiting Frog Otolith

Эта статья включает в себя список общих Рекомендации, но он остается в основном непроверенным, потому что ему не хватает соответствующих встроенные цитаты. Пожалуйста, помогите улучшать эта статья введение более точные цитаты. (Февраль 2014) (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, 06:00:00 (1970-11-09UTC06Z) универсальное глобальное время
Ракета	Разведчик Б 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
Революция нет.	2843

А лягушка (Рана катесбиана), вид, летавший на рейсе OFO-A

А Ракета Scout B, как этот, запустил OFO.

В Отолит летящей лягушки (OFO) был НАСА космическая программа, которая отправила на орбиту двух лягушек-быков 9 ноября 1970 года для изучения невесомость. Название, полученное в результате обычного использования, было функциональным описанием биологического эксперимента, проводимого спутником. Отолит сослался на лягушачий внутреннее ухо механизм баланса.

Программа Orbiting Frog Otolith Program была частью исследовательской программы Управления перспективных исследований и технологий НАСА (OART). Одной из целей OART было изучение вестибулярный аппарат функционируют в космосе и на Земле. Эксперимент был разработан для изучения адаптивности отолит к устойчивому невесомость, чтобы предоставить информацию для полет человека в космос. Отолит - это структура в внутреннее ухо что связано с контролем равновесия: ускорение по отношению к силе тяжести как его первичный сенсорный вход.

Эксперимент с отолитами-лягушками (FOE) был разработан Торквато Гуальтиеротти из Миланский университет, Италия, когда он был назначен Исследовательский центр Эймса в качестве постоянного научного сотрудника, спонсируемого Национальной академией наук.^[1] Первоначально планировалось включить в 1966 г. Миссия 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". вестибулярный эксперимент на космическом корабле на околоземной орбите. Этот лётный проект был в конечном итоге прекращен, но был проведен ряд наземных исследований. В результате исследования появилось несколько очень полезных ответвлений, в том числе наземный вестибулярный исследовательский центр, расположенный в ARC.^[2]

OFO не следует путать с аналогичными акронимами, описывающими Орбитальная обсерватория серия космических аппаратов, таких как Орбитальная геофизическая обсерватория (ОГО), Солнечная обсерватория на орбите (OSO), и Орбитальная астрономическая обсерватория (ОАО).

Космический корабль OFO

Запуск капсулы Orbiting Frog Otolith (OFO)

Схема ракеты-носителя Scout B

Эксперимент OFO изначально был разработан для полета в Программа приложений Apollo, который был создан для оптимального использования оборудования, используемого в Лунные миссии Аполлона. Однако, поскольку низкие уровни ускорения, необходимые для эксперимента, не могли быть легко поддержаны в пилотируемом космическом корабле Apollo, беспилотный спутник был позже выбран в качестве более подходящего транспортного средства. Конструкция спутника исключает воздействие уровней ускорения выше 10⁻³грамм (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. А тепловой экран прикрытие этой верхней части защищало эксперимент при входе в атмосферу Земли. А йо-йо де-спин сборка располагалась вокруг обхвата космического корабля. Четыре штанги, сложенные сбоку 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 увеличило момент инерции космического корабля, при этом уровень ускорения остается ниже 10⁻³грамм.^[2]

Орбитальная лягушка Отолит-А

Миссия OFO-A была запущена 9 ноября 1970 г. (06:00 GMT) из г. Остров Валлопс стартовая площадка. Спутник с экспериментом OFO-A оставался на орбите почти семь дней. Восстановление корабля не планировалось. Полезная нагрузка была Пакет экспериментов с отолитами-лягушками (FOEP).

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

Два Американские лягушки (Рана катесбиана) использовались в качестве подопытных в летном эксперименте. Лягушка-бык была выбрана для изучения, потому что ее лабиринт внутреннего уха очень похож на человеческий. 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.

Обе летные лягушки имели ЭКГ (ЭКГ) электроды, имплантированные в их грудные полости и имплантированные в них микроэлектроды вестибулярные нервы. У лягушек была демоторизация путем перерезания нервов конечностей, чтобы не допустить смещения имплантированных электродов и снизить уровень 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 перемещению углекислый газ и тепло подальше от животных.

Аппаратное обеспечение

Блок бортовой техники, FOEP, представляла собой герметичную канистру, содержащую заполненный водой центрифуга в котором жили 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 был избирательно проницаемым. резинка который действовал как искусственное легкое. Кислород проходил через мембрану из газа в сторону жидкости, а диоксид углерода из жидкости в сторону газа. Лягушек погружали в жидкую петлю. Насос прокачивал кислород через газовый контур. Диоксид углерода, поступающий в газовый контур, удаляли абсорбентом, а очищенный кислород возвращали в насос для рециркуляции. Водяной испаритель и электрический нагреватель поддерживали температуру воды около 60 ° F (15 ° C). Система усилителя в FOEP увеличивала выходное напряжение микроэлектродов, имплантированных животным, до уровня, необходимого для телеметрического устройства.

Операции

Рисунок того, как лягушка с электродами должна была сидеть внутри центрифуги экспериментального пакета Frog Otolith Experiment Package.

Хирургическая подготовка летающих лягушек была завершена примерно за 12 часов до запуска, и животные были запечатаны внутри FOEP. Резервный FOEP был также подготовлен 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 на 10⁻³грамм (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. грамм (6 м / с²), 8-секундный период, когда вращение медленно прекращается, и 6-минутный период, когда могут быть измерены 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.

Полученные результаты

Эксперимент удался. Электрокардиография Показатели (ЭКГ) показали, что у летающих лягушек хорошее здоровье на протяжении всего полета. Вестибулярный записи были сделаны, как и ожидалось. Во время полета произошли две неисправности оборудования: давление в канистре повысилось 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.

Было отмечено несколько изменений вестибулярной реакции в ранний период невесомости. Все наблюдаемые изменения вернулись к норме в течение последних 10-20 часов полета, что позволяет предположить акклиматизация.^[3]

Пакет для экспериментов с отолитами-лягушками (FOEP)

Орбитальный лягушачий отолит (OFO) со стрелами. Вылет стрел увеличивал момент инерции.

Пакет экспериментов с отолитами-лягушками

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 внутри FOEP, чтобы гарантировать выживание и нормальное функционирование двух демоторизованных лягушек. Нижняя переборка 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 91 фунт (41 кг) в загруженном состоянии. Сбор данных включал ЭКГ, температуру тела и вестибулярную активность. Также имелся наземный испытательный стенд FOEP, к которому FOEP можно было подключить перед полетом для вентиляции и проверки условий окружающей среды перед загрузкой в ​​космический корабль.

Канистра

Внешний корпус ФОЭП представляет собой герметичный контейнер 18¹⁄₁₆ 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 реверсирования 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

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 поддерживается шарикоподшипниками, размещенными в верхней и нижней переборках. Ось вращения центрифуги образована валами, расположенными по центру в вертикальной плоскости под прямым углом к ​​цилиндру и удерживаемым 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 лягушки. 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

Микроэлектрод состоит из зонда из вольфрамовой проволоки 50. мкм диаметром, электрически заостренным до диаметра менее 1 мкм и полностью изолирован от наконечника. Пузырек воздуха, захваченный 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 предварительный усилитель, непосредственно прикрепленный к челюсти лягушки, и передаются на усилитель пост-данных для телеметрии космического корабля.

Система жизнеобеспечения (СЖО)

Система жизнеобеспечения (LSS)

Система жизнеобеспечения (LSS) Экспериментального пакета по отолитам лягушек (FOEP) поддерживает регулируемую среду в FOEP для обеспечения выживания и нормального функционирования 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, CO₂ абсорбер, и водопровод. Ограниченный контроль температуры окружающей среды лягушек доступен с помощью водяного испарителя / нагревателя.

Искусственное легкое

Граница между петлями происходит на селективно проницаемой мембране из силиконового каучука, разделяющей жидкость и газ. Эта мембрана, называемая легким, пропускает кислород из газового контура в жидкостный контур, а CO₂ от контура жидкости к контуру газа.

Жидкая петля

Лягушки, размещенные в центрифуге, находятся в жидкостной петле. Двигаясь от легкого к лягушкам, петля содержит воду и растворенный кислород; перемещаясь от лягушек обратно к легким, он содержит воду и свободный CO₂. Двойной слой полиуретановой пены, 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

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 остальная часть смешивается с CO.₂ поступающий из жидкостной петли. Из легких кислород-CO₂ смесь проходит через слой Baralyme, который поглощает CO₂. Чистый кислород возвращается из Baralyme в насос и рециркулирует. Подача кислорода пополняется газом из небольшого кислородного баллона.

Испаритель / нагреватель

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.

Смотрите также

• Животные в космосе

Рекомендации

внешняя ссылка

• Орбитальная лягушка, отолит 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)