Redo att lanseras på Artemis I från NASA:s Kennedy Space Center i Florida, BioSentinel – en CubeSat storleken på en skokartong – kommer att utföra det första långvariga biologiska experimentet i rymden.
Artemis-uppdrag till månen kommer att förbereda människor att resa på allt längre och längre uppdrag till destinationer som Mars, och BioSentinel kommer att transportera mikroorganismer, i form av jäst, för att fylla kritiska luckor i kunskapen om hälsorisker i rymden som utgörs av rymdstrålning .
Rymdstrålning är som ett rivningsderby – på nanoskala. Högenergi galaktiska kosmiska strålar och utbrott av solpartiklar genomsyrar det djupa rymden. Dessa typer av strålning kan orsaka förödelse för elektronik och levande celler.
BioSentinels huvudsakliga uppgift är att övervaka de vitala tecknen på jäst för att se hur de beter sig när de utsätts för strålning från rymden. Eftersom jästceller har biologiska mekanismer som liknar mänskliga celler, inklusive DNA-skador och reparation, kommer att undersöka jäst i rymden hjälpa oss att bättre förstå rymdstrålningsrisker för människor och andra biologiska organismer och kommer att hjälpa oss att planera besättningsuppdrag till månen och vidare. Specifikt kommer BioSentinel att studera tillväxten och metabolisk aktivitet hos jästceller efter exponering för en miljö med hög strålning bortom låg omloppsbana om jorden.
BioSentinel är en av 10 sekundära nyttolaster – som alla är sex-enheter CubeSats – som har den sällsynta möjligheten att lifta i rymden på Artemis I. Dessa satelliter är monterade i Orion Stage Adapter ombord på Space Launch System-raketen (SLS). När de väl har kastats ut i rymden kommer de att utföra vetenskapliga och tekniska undersökningar. Bland denna utvalda grupp är BioSentinel den enda CubeSat som utför ett biovetenskapligt experiment.
“BioSentinel är den första i sitt slag”, säger Matthew Napoli, BioSentinel-projektledare vid NASA Ames Research Center i Kaliforniens Silicon Valley. “Den kommer att transportera levande organismer längre ut i rymden än någonsin tidigare. Det är riktigt coolt!”
Långt
Hittills har Apollo 17-uppdraget till månen rekordet för den längsta mänskliga rymdfärden; uppdraget 1972 varade i 12,5 dagar, mycket kortare än framtida Mars-uppdrag som kommer att ta år. Apollo-17 bar också NASA:s senaste experiment för att studera jordens liv i rymden bortom låg omloppsbana. Inget rymdbiologiskt experiment – eller astronaut – har rest bortom jord-månesystemet, BioSentinels destination.
Några timmar efter lanseringen kommer SLS att distribuera BioSentinel i rymden. Några dagar senare kommer CubeSat att passera framför månen och slutföra resten av sitt sex till nio månader långa uppdrag i omloppsbana runt solen. Väl där kommer BioSentinel-teamet med jämna mellanrum att initiera veckolånga jäststudier. BioSentinel kommer att överföra data till jorden via NASA:s Deep Space Network med hjälp av en radio utvecklad av NASA:s Jet Propulsion Laboratory i södra Kalifornien.
Ett nytt biosensorinstrument är en viktig del av BioSentinels uppdrag. Biosensorn är ett biotekniklabb i miniatyr designat för att mäta hur levande jästceller reagerar på långvarig exponering för rymdstrålning. Kärnan är en uppsättning mikrofluidkort – anpassad hårdvara som möjliggör kontrollerat flöde av extremt små volymer vätskor. Dessa kartor ger en livsmiljö för jästsvampar och ett sätt för forskare att observera dem i realtid.
BioSentinels biosensorteknologi är baserad på mikrofluidsystem utvecklade för tidigare CubeSat-uppdrag. Den senaste föregångaren var NASA:s E. coli Antimicrobial Satellite, eller EcAMSat, uppdrag som flög 2017. Satelliten sattes in i låg omloppsbana från den internationella rymdstationen för att studera den genetiska grunden för effektiviteten med vilken antibiotika kan bekämpa bakterier i rymden flyg.
Ett instrument för detektering av fysisk strålning utvecklat vid NASA:s Johnson Space Center i Houston fungerar tillsammans med BioSentinels biosensor. Den karakteriserar och mäter strålningen, och dess resultat kommer att jämföras med biosensorns biologiska respons. Data från identiska uppsättningar av BioSentinel-instrument ombord på rymdstationen och i ett laboratorium i Ames kommer att användas för att verifiera och jämföra jästsvar på olika gravitations- och strålningsmiljöer.
SmallSat-delsystem blir allt mindre
2013 lanserade Ames ett litet satellituppdrag till månen, månatmosfären och stoftmiljöutforskaren. Även om LADEE inte utförde biovetenskaplig forskning, bidrog det till att bana väg för BioSentinel. En stor del av BioSentinel-teamet arbetade på LADEE. De drog nytta av den erfarenhet som förvärvats i utvecklingen och driften av ett rymduppdrag nära månen.
“Teamet ville ha så mycket utrymme som möjligt för den vetenskapliga nyttolasten ombord på BioSentinel och de levererade ingenjörerna,” sa Napoli. “LADEE hade mer utrymme för flygelektronik. En stor utmaning var miniatyrisering.
LADEE var större än ett hushållskylskåp. BioSentinel-ingenjörer packade många delsystem i en liten volym. Dess avionik är ungefär lika stor som en halvgallons mjölkkartong.
“Vi har nu en CubeSat-buss – delsystemen som kör rymdfarkosten – tillräckligt liten för att lämna två tredjedelar av volymen inuti rymdfarkosten för vetenskaplig nyttolast. Det var definitivt en stor sak, säger Napoli.
BioSentinel bygger på Ames historia och kombinerar centrets styrkor inom rymdbiologi och småsatellitteknologi. Ames har decennier av erfarenhet av att studera livet i rymden, inklusive forskning ombord på rymdfärjan, rymdstationen och friflygande satelliter. BioSentinel finansieras av NASA:s Exploration Systems Development Mission Directorate, och mer än 100 ingenjörer och forskare har arbetat med projektet. Deras bidrag kommer att hjälpa till att främja NASA:s mål att skydda hälsan och prestanda för astronauter på framtida djupa rymdutforskningsuppdrag.