W ramach polskiej misji na ISS naukowcy zbadają, jak glony znoszą warunki kosmiczne

Na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej będą badane mikroglony, które w naturze żyją w okolicach wulkanów i gejzerów. Naukowcy sprawdzą, jak mikrograwitacja wpływa na mikroorganizmy, które w przyszłości mogłyby być wykorzystywane w podróżach kosmicznych do produkcji tlenu, żywności lub nowych substancji.

W czwartek kapsuła Dragon, ze Sławoszem Uznańskim-Wiśniewskim, zadokuje do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. W ramach polskiej misji technologiczno-naukowej IGNIS nasz astronauta wykona na orbicie 13 eksperymentów. Jednym z nich będzie „Space Volcanic Algae”.

Niektóre gatunki glonów należą do organizmów ekstremofilnych, co oznacza, że posiadają dużą odporność na warunki ekstremalne – na przykład ciśnienie, temperaturę, promieniowanie albo duże stężenia niektórych substancji. W ramach eksperymentu „Space Volcanic Algae” naukowcy zbadają, jak mikroglony znoszą warunki kosmiczne. To ważne, bo w przyszłości takie mikroorganizmy mogłyby służyć do wzbogacenia powietrza w tlen, szybszej produkcji żywności na statkach i w bazach kosmicznych albo być wykorzystywane w przetwarzaniu odpadów.

Eksperymentem kieruje Ewa Borowska, CTO (dyrektor ds. technologii) i naukowczyni z firmy Extremo Technologies. Jak powiedziała PAP, eksperyment będzie się składał z dwóch części: „Po pierwsze zbadamy poziom produkcji tlenu i fotosyntezę u mikroglonów za pomocą innowacyjnego sensora tlenu, stworzonego we współpracy z inżynierami z Uniwersytetu w Tartu (Estonia). W drugiej części skupimy się na zmianach genetycznych i morfologicznych komórek glonów pod wpływem mikrograwitacji”.

Na orbicie będą testowane mikroglony podobne do tych występujących naturalnie na terenach wulkanicznych i w gejzerach na przykład na Islandii albo w Yellowstone (USA). Szczególnie w tym amerykańskim parku narodowym widać, jak różne gatunki mikroorganizmów – glony, bakterie, grzyby – rozwijają się w gorących źródłach, tworząc maty mikrobiologiczne o intensywnych kolorach.

„Do eksperymentu wybraliśmy dwa gatunki wulkanicznych mikroglonów ekstremofilnych. Rozwijają się w środowiskach, w których jest bardzo dużo metali ciężkich, dwutlenku węgla i siarkowodoru. Ich procesy metaboliczne umożliwiają na przykład bardzo szybkie wiązanie i przetwarzanie dwutlenku węgla oraz produkcję tlenu” – opowiadała kierowniczka projektu.

Badaczy interesuje nie tylko to, ile tlenu będą wytwarzać mikroglony na orbicie, ale też jakie inne substancje z procesów metabolicznych w mikrograwitacji pojawią się w komórkach.

„Wiadomo już, że różne bakterie albo komórki, na przykład nowotworowe, bardzo szybko dzielą się w mikrograwitacji. Powstaje wtedy znacznie więcej metabolitów, czyli produktów przemian chemicznych zachodzących w organizmach. Mikroglony bardzo szybko adaptują się do nowych warunków, dwutygodniowy eksperyment pozwoli więc zauważyć zmiany w ich funkcjonowaniu. Spodziewamy się, że być może w tych procesach metabolicznych wytworzą się związki, które będzie można kiedyś wykorzystywać na przykład w farmakologii, medycynie albo ochronie środowiska” – oceniła badaczka.

Zespół Ewy Borowskiej podczas eksperymentu przetestuje jeszcze konkretną substancję produkowaną przez mikroorganizmy, by sprawdzić, czy może ona chronić mikroglony przed skutkami mikrograwitacji i promieniowania kosmicznego – na przykład stanowić ochronę błony komórkowej.Glony będą umieszczone w aluminiowym pudełku zwanym „cube” (z ang. cube – kostka), w pełni zautomatyzowanym, które zostanie podłączone do zasilania na ISS w module europejskiego laboratorium kosmicznego Columbus.

„Tam działa ICE Cubes Facility (International Commercial Experiment Cubes, międzynarodowe komercyjne kostki eksperymentalne) firmy ICE Cubes Service, która implementuje eksperyment +Space Volcanic Algae+ na ISS. Po podłączeniu do prądu oprogramowanie uruchomi sensor tlenu i diody LED, które będą doświetlać mikroglony. Nasze zautomatyzowane minilaboratorium zostało zaprojektowane i zbudowane od podstaw przez nasz zespół” – tłumaczyła Ewa Borowska.

Dodała także, że glony będą hodowane na ISS nie w wodzie, ale w specjalnym żelu opracowanym przez zespół Extremo Technologies.

Pojemnik z mikroglonami ma wrócić na Ziemię razem z załogą misji. Badacze porównają wówczas wyniki po misji z eksperymentem ziemskim, który przeprowadzą w tym samym cube.

Anna Bugajska (PAP)

Izolacja w kosmosie a dobrostan psychiczny człowieka – tematem polskiego eksperymentu na ISS

Zbadanie wpływu izolacji kosmicznej na dobrostan psychiczny człowieka jest celem eksperymentu „AstroMentalHealth” – jednego z trzynastu, który zostanie przeprowadzony w ramach polskiej misji technologiczno-naukowej IGNIS na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS).

W czwartek kapsuła Dragon, ze Sławoszem Uznańskim-Wiśniewskim, zadokuje do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Wyniki eksperymentu „AstroMentalHealth” mogą się przyczynić do opracowania lepszych systemów wsparcia psychologicznego dla załóg kosmicznych.

Punktem wyjścia do badań jest kwestia przeciążenia psychicznego osób przebywających w izolacji, czym w swojej pracy naukowej zajmuje się pomysłodawczyni i koordynatorka eksperymentu dr Agnieszka Skorupa z Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach.

„Nasz eksperyment jest przede wszystkim ukierunkowany na eksplorację dobrostanu psychicznego osób, które przebywają w izolacji – w tym przypadku w jednej z najbardziej ekstremalnych izolacji, czyli w kosmosie. Jesteśmy istotami społecznymi, a nasze ciała są stworzone do ruchu, dlatego odcięcie nas od kontekstu społecznego i zamknięcie nas na relatywnie małej przestrzeni stanowi wyzwanie adaptacyjne. Dodając do tego ryzyko związane z adaptacją fizjologiczną, mamy już do czynienia z izolacją ekstremalną” – powiedziała naukowczyni w rozmowie z PAP.

Jak dodała, astronauci to osoby o świetnym zdrowiu i doskonałych parametrach poznawczych i fizycznych. „W naszym projekcie sprawdzamy, jak ci niesamowici i bardzo wyspecjalizowani ludzie adaptują się w tak niesprzyjających warunkach jak Międzynarodowa Stacja Kosmiczna; jak sobie radzą i co przeżywają w trakcie trwania misji” – wskazała dr Skorupa.

W tym celu badacze dokonają pomiarów przed misją, w jej trakcie i po niej. Pierwsze rozmowy naukowców z astronautami już się odbyły.

„Na początku sprawdzamy pewne cechy, które znamy z literatury i co do których wiemy, że mogą sprzyjać przeciążeniu psychicznemu – albo wręcz odwrotnie, minimalizować ryzyko jego wystąpienia. To np. mindfullness, czyli uważność, umiejętność bycia tu i teraz, skupiania się na przeżywaniu danego momentu. Bardzo dużo badań potwierdza, że jest to cecha, która pomaga w zachowaniu dobrostanu psychicznego człowieka nawet w niesprzyjających warunkach” – wskazała psycholożka.

Przykładem z drugiego bieguna – cechy niepożądanej – jest neurotyczność, czyli lękliwość, niska odporność na stres.

„Przed misją dokonujemy monitoringu tych cech. Następnie w trakcie misji będziemy sprawdzali, jak osoby z danym pakietem cech przystosowują się do ekstremalnych izolowanych warunków. I jak się to przystosowanie zmienia się w czasie. Sprawdzimy, jaka jest fluktuacja emocji, poczucia stresu, wydajności pracy i tęsknoty za środowiskiem naturalnym” – wskazała.

Podczas wywiadu naukowcy pytają astronautów m.in. o to, jak wyobrażali sobie misję kosmiczną na początku, kiedy się o niej dowiedzieli, a jak to widzą teraz – na kilka tygodni przed, oraz jak to ocenią w trakcie i po powrocie z ISS.

„To tylko jeden z przykładów. Chodzi w nim o to, że percepcja mocno kształtuje nasze nastawienie emocjonalne i to, czy przeżywamy rozczarowanie albo czy czujemy się przygotowani do przeżywania pewnych sytuacji” – wyjaśniła ekspertka.

Dodała, że IGNIS jest misją krótkotrwałą, bo ma trwać dwa tygodnie. „Misje krótkotrwałe są dużo mniej obciążające dla astronautów, ale one w pigułce pokazują, co warto wiedzieć w kontekście adaptacji do warunków izolacji, myśląc o długich misjach, np. locie na Marsa” – powiedziała.

Dane będą zbierane trójtorowo. Pierwszą metodą są kwestionariusze (przed, w trakcie i po misji). Druga to wywiady z astronautami przed i po misji, oraz analiza nagrań wideo, które astronauci będą wykonywać podczas misji. Dopełni to analiza ekspresji emocji obserwowalnych na twarzy astronautów podczas nagrań wideo-dzienników na ISS.

„Mamy więc deklaracje werbalne, deklaracje kwestionariuszowe i twardy pomiar fizjologiczny. Sprawdzimy, jak to ze sobą koresponduje” – powiedziała naukowczyni.

Zebrane dane będą poddane zarówno analizie jakościowej, jak i ilościowej. „Jesteśmy świadomi ograniczeń metod psychologicznych, dlatego sięgamy po wystandaryzowane kwestionariusze badawcze i dokonujemy analizy treści wypowiedzi na podstawie ugruntowanych przez lata metod badawczych” – podkreśliła psycholożka.

Równolegle z misją w kosmosie, badacze przeprowadzą też lustrzaną misję w warunkach analogowych w Habitacie LunAres w Pile. Trzytygodniowej izolacji zostanie poddanych pięć osób odzwierciedlających załogę astronautów na ISS, po czym po kilku dniach do załogi dołączą – na okres dwóch tygodni – cztery nowe osoby, mające odzwierciedlić analogowy Ax-4. Dodała, że kompozycja grupy odzwierciedlającej Axiom ma jak najlepiej oddawać strukturę wiekową, płciową i zawodową prawdziwych astronautów.

„To najprawdopodobniej pierwsze takie przedsięwzięcie na świecie, gdzie te same procedury badawcze będą wdrażane zarówno w kosmosie, jak i na Ziemi. Misja lustrzana odbędzie się w tym samym czasie, co lot Ax-4, ale z kilkudniowym opóźnieniem, abyśmy wiedzieli, co się dzieje na stacji i mogli odzwierciedlić dane warunki” – powiedziała.

Celem badaczy jest poszukiwanie pewnych wzorców np. w kontekście efektywności pracy czy technostresu (ISS jest środowiskiem całkowicie uzależnionym od technologii). „Jeśli nasze założenia się potwierdzą, to w przyszłości będziemy mogli zaproponować konkretne wskaźniki dobrostanu psychicznego astronautów, które powinny być brane pod uwagę w monitoringu psychologicznym” – podała badaczka.

Jak powiedziała dr Skorupa, badania stricte psychologiczne na astronautach nie są powszechne. „W sektorze kosmicznym dużo badań dotyczy tzw. human studies, które skupiają się na badaniach z zakresu medycyny, w tym również psychiatrii. Wydaje nam się, że dużą wartością byłoby również monitorowanie przeżyć intrapsychicznych. Z drugiej strony, mamy naprawdę sporo badań psychologicznych opartych na wynikach z misji analogowych. Czas to połączyć” – powiedziała.

„+AstroMentalHealth+ jest dla mnie ogromną przygodą i możliwością do rozwoju naukowego i zyskiwania unikalnego doświadczenia. Jest też dowodem, że psychologia i psychika ludzka są ważne, i że warto zadbać o ten aspekt funkcjonowania człowieka” – podsumowała rozmówczyni PAP.

Agnieszka Kliks-Pudlik (PAP)

Na ISS będzie testowany polski detektor promieniowania

Intensywność promieniowania jonizującego i jego wpływ na pracę systemów elektronicznych zbada skonstruowany przez polską firmę SigmaLabs detektor, umieszczony na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS).

W czwartek kapsuła Dragon, ze Sławoszem Uznańskim-Wiśniewskim, zadokuje do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. W ramach polskiej misji technologiczno-naukowej IGNIS nasz astronauta wykona na orbicie 13 eksperymentów.

Cząstki o ogromnych energiach powstają w kosmosie cały czas – w Słońcu i innych gwiazdach, w wybuchach supernowych, centrach galaktyk, pulsarach. Przemierzają Wszechświat niczym maleńkie pociski. Padając na ludzkie ciało, mogą wywoływać uszkodzenia np. w DNA i rozpocząć proces mutacji prowadzącej do nowotworu. A jeśli natrafią na urządzenie elektroniczne, mogą zakłócić jego działanie lub nawet doprowadzić do uszkodzenia.

Na Ziemi częściowo chronią nas przed tym gradem cząstek naturalne parasole ochronne. To magnetosfera – pole magnetyczne Ziemi, które odchyla i wyhamowuje ruch naładowanych cząstek. A także atmosfera, w której rozpędzone cząstki zderzają się z atomami powietrza i trudno im dotrzeć do powierzchni planety. W technologiach kosmicznych jednak ryzyko, że promieniowanie jonizujące może wpłynąć na poprawną pracę lub nawet uszkodzić system elektroniczny – jest znacznie większe. Dlatego polska firma SigmaLabs rozwija systemy elektroniczne zdolne do adaptacji do zmiennych warunków radiacyjnych w przestrzeni kosmicznej.

Kierownik eksperymentu RadMon-on-ISS “Skalowalne detektory promieniowania na potrzeby eksploracji kosmosu” dr inż. Krzysztof Sielewicz z SigmaLabs wyjaśnił PAP, że jeśli rośnie poziom promieniowania kosmicznego, warto, by systemy elektroniczne instalowane w urządzeniach satelitarnych dynamicznie zmieniały swoją konfigurację, tym samym zwiększając swoją niezawodność i dostępność.

Dlatego zespół SigmaLabs zaprojektował autonomiczny detektor promieniowania, który pomoże dokładniej zbadać środowisko radiacyjne na niskiej orbicie okołoziemskiej. Przyrząd ten został zaprojektowany w wykorzystaniem technologii opracowanej w Europejskim Ośrodku Badań Jądrowych CERN w Szwajcarii. Jest demonstracją technologii umożliwiającej rozwój nowej generacji autonomicznych systemów „świadomych” otaczającego je promieniowania.

Urządzenie ma mierzyć całkowitą dawkę zaabsorbowanego promieniowania jonizującego, a także natężenie promieniowania w czasie.

Sławosz Uznański-Wiśniewski zainstaluje detektor na ISS – wewnątrz modułu Columbus. Wedle szacunków ma to zająć około godziny. Instrument ma być widoczny w lokalnej sieci danych wewnątrz modułu. Automatycznie będzie zbierać dane o radiacji i przesyłać je na Ziemię. Powinno też być możliwe skomunikowanie się z urządzeniem z Ziemi. Za obsługę urządzenia odpowiedzialne będzie Microgravity User Support Centre w Kolonii – jednostka wybrana do tego przez ESA.

Dane eksperymentalne z urządzenia pozwolą lepiej poznać szczegóły dotyczące promieniowania na niskiej orbicie okołoziemskiej.

System ma działać na stacji kosmicznej przez co najmniej pół roku. Po zakończeniu eksperymentu urządzenie nie wróci już na Ziemię, zostanie spalone w ziemskiej atmosferze.

Dr inż. Sielewicz zwrócił uwagę, że już teraz układy elektroniczne w przestrzeni kosmicznej muszą być odpowiednio zabezpieczane przed promieniowaniem. Sprawdzone już sposoby to: ekranowanie, architektura komponentów i systemów satelitarnych wykorzystująca multiplikację podsystemów oraz wykorzystanie odporniejszych na radiację procesów produkcji półprzewodników. Wciąż jest to jednak obszar wymagający uwagi i dostarczania nowych, lepszych technologii.

Ludwika Tomala (PAP)

Polski komputer LeopardISS przetestuje przetwarzanie danych na orbicie

Testowanie przetwarzania danych na orbicie to jeden z eksperymentów, które przeprowadzi na ISS astronauta Sławosz Uznański-Wiśniewski. Posłuży do tego komputer LeopardISS gliwickiej firmy KP Labs. Jak powiedział PAP jego współtwórca Dawid Lazaj, przetwarzanie danych na orbicie to rozwijający się sektor.

W czwartek kapsuła Dragon, ze Sławoszem Uznańskim-Wiśniewskim, zadokuje do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. W ramach polskiej misji technologiczno-naukowej IGNIS nasz astronauta wykona na orbicie 13 eksperymentów.

Jednym z nich będzie testowanie urządzenia LeopardISS.

„Ważnym argumentem przemawiającym za wyborem naszego eksperymentu był jego charakter. Na Międzynarodową Stację Kosmiczną poleci zbudowana przez nas jednostka przeznaczona do testowania algorytmów uczenia maszynowego i przetwarzania danych na orbicie. Profil tego eksperymentu doskonale wpisuje się w pewien trend szeroko propagowany przez Europejską Agencję Kosmiczną. To był chyba nasz największy atut” – powiedział Dawid Lazaj.

Dodał, że na urządzeniu będą działały aplikacje opracowane przez inne jednostki badawcze. „To one dostarczą algorytmy i zbiory danych, a my umożliwimy im zdalny dostęp do komputera na pokładzie ISS” – wyjaśnił.

Przywołał np. aplikację opracowaną przez Politechnikę Poznańską, która będzie analizowała obrazy zebrane przez łazik księżycowy testowany w symulowanych środowisku Srebrnego Globu stworzonym w specjalnym hangarze na Ziemi.

Lazaj zwrócił uwagę, że sektor przetwarzania danych na orbicie intensywnie się rozwija, a to z powodu rosnących ograniczeń technologicznych związanych z przesyłaniem informacji.

„Pokażę to na przykładzie. Wykonane przez satelitę zdjęcia muszą zostać z orbity przesłane do stacji naziemnej. Działające na pokładzie satelitów instrumenty, w tym kamery, są coraz lepsze, przez co wykonywane zdjęcia mają coraz większą rozdzielczość. Wielkość zdjęć satelitarnych rośnie przy tym nieproporcjonalnie szybciej, niż szybkość transmisji danych. Wzrastają więc koszty komunikacji z satelitą. To pierwsze wyzwanie. Jednocześnie z licznych zdjęć wykonywanych przez satelitę, tylko niektóre mają tak naprawdę realną wartość. Na przykład wiele fotografii wykonywanych przez europejskiego satelitę Sentinel-2 przedstawia chmury, przez które nie można niczego dostrzec” – tłumaczył.

Tu pojawia się zadanie dla sztucznej inteligencji. Na przykład – jak wskazał rozmówca PAP – na działającym od 2023 roku polskim satelicie Intuition-1 działa właśnie jednostka Leopard, która wykonuje kilka zadań. „Po pierwsze może wybrać zdjęcia, na których chmur jest na tyle niewiele, iż zdjęcie warto będzie przesłać na Ziemię. Po drugie, nawet przy relatywnie dużym zachmurzeniu potrafi wybrać przydatny fragment zdjęcia. Program może wykryć odpowiednie, interesujące nas elementy, takie jak wegetację, glebę, budynki czy ulice. Podobna technologia może służyć do śledzenia różnych zjawisk, na przykład przemieszczających się pożarów” – opisał.

W kolejnym kroku algorytmy pomogą również w takim skompresowaniu fotografii, aby miała jak najmniejszą objętość, dzięki czemu łatwiej będzie można ją przesłać na Ziemię. Intuition-1 to platforma testowa, ale dostarczane przez nią zdjęcia można obejrzeć w naszych mediach społecznościowych” – powiedział Lazaj.

Zwrócił uwagę, że na pokładzie Intuition-1 działa ta sama jednostka do przetwarzania danych, która poleci na ISS.

„Musiała ona jednak zostać przystosowana do warunków panujących na Stacji. Urządzenie będzie podłączane do ICE Cubes Service. Można powiedzieć, że to taki system portów do podłączania różnych urządzeń i integracji ich ze Stacją. Musieliśmy więc zaprojektować odpowiednią płytkę interfejsującą i całość zamknęliśmy w zgodnej z wymaganiami ISS, sześciennej obudowie o wymiarach 10x10x10 cm” – wyjaśnił.

Polski astronauta będzie odpowiadał głównie za podłączenie urządzenia do ICE Cubes. „To już pozwoli na przepływ prądu, komunikację i całe działanie Leoparda. Właściwie na tym rola naszego astronauty się zakończy. Po podłączeniu układ będzie odbierał dane z Ziemi, przetwarzał je i przesyłał z powrotem” – opisał Lazaj.

Jak powiedział, testowana w urządzeniu technologia możne znaleźć różnorodne zastosowania. Podkreślił, że opracowanie tego systemu to sukces całego zespołu, ale ogromne znaczenie miało także wsparcie ze strony Polskiej Agencji Kosmicznej i Europejskiej Agencji Kosmicznej.

Dodał, że nie wiadomo jeszcze, jaki będzie ostateczny los Leoparda. Będzie on utrzymywany w trybie operacyjnym na ISS przez pół roku. Po tym czasie urządzenie wróci na Ziemię albo zostanie zutylizowane.

Marek Matacz (PAP)