«Бион-М2» — российский полярный биоспутник, который на месяц отправит на орбиту мышей, дрозофил, растения и микробные культуры, чтобы проверить, как сочетание микрогравитации и повышенной радиации влияет на живые системы. Часть образцов — в том числе бактерии — будет размещена снаружи аппарата, что позволит напрямую протестировать гипотезу панспермии и пределы выносливости жизни в космосе.
Предыстория: возвращение биоспутников
Советская серия «Бион» в 1973–1996 годах запустила 11 спутников с животными и растениями для биологических исследований, включая полёты с крысами и обезьянами. После долгого перерыва программу возобновили модернизированным аппаратом «Бион‑М» №1, отправленным в апреле 2013 года на месяц на орбиту. Эта миссия принесла ценные научные данные, хотя сопровождалась трудностями – более половины из 45 мышей и все 8 песчанок на борту погибло из-за технических сбоев. Кроме того, у выживших животных обнаружились тревожные эффекты: например, по возвращении способность к обучению у мышей снизилась на ~30%. Эти уроки учитывались при подготовке следующего аппарата. Системы жизнеобеспечения «Бион‑М2» значительно доработаны, чтобы избежать гибели животных, как это произошло в первом полёте. В частности, улучшена система питания: вместо исключительно пастообразного корма с высоким содержанием воды (вызывавшего у мышей проблемы с водно-солевым балансом) будет применён твердый корм с водой в виде гидрогеля. Также на спутнике установлены видеокамеры и новая телеметрия для постоянного наблюдения за состоянием животных – подобное мониторирование отсутствовало на «Бион‑М1». Благодаря этим мерам ученые рассчитывают обеспечить лучшую выживаемость и качество данных во второй миссии серии.
Цели и условия миссии «Бион‑М2»
«Бион‑М» №2 – это новый российский научный биоспутник, предназначенный для исследований в области космической биологии, физиологии и медицины. Его запуск запланирован на 20 августа 2025 года в 20:13 по московскому времени с помощью ракеты-носителя «Союз‑2.1а» с площадки №31 космодрома Байконур.
Аппарат проведёт 30 суток в космосе на орбите, причём траектория полёта необычна – спутник выведут на высокоширотную (почти полярную) орбиту высотой около 800 км. Это примерно в два раза выше орбиты МКС, и именно такую орбиту с наклонением ~97° планируется использовать для перспективной Российской орбитальной станции (РОС). Переход на рабочую орбиту 800 км произойдёт на 2–3 сутки после запуска с низкой опорной орбиты. В высокоширотном полёте условия будут гораздо жёстче, чем на МКС: на такой высоте организмы подвергнутся значительно более сильному влиянию космической радиации и потоков заряженных частиц, близких к межпланетным. По оценкам, за 30 дней на 800 км организм получит дозу радиации, эквивалентную ~3 годам на орбите МКС. Это соответствует уровню радиации в 20–30 раз выше по мощности дозы, чем в условиях МКС на низкой орбите. Кроме того, на полярной орбите увеличивается доля высокоэнергетических галактических космических лучей и появляется гипогеомагнитное поле (ослабленное магнитное поле Земли), что также важно изучить. Таким образом, главная цель миссии «Бион‑М2» – смоделировать воздействие условий дальнего космоса (невесомости в сочетании с повышенным уровнем радиации и измененной магнитной обстановкой) на живые организмы, чтобы узнать, какие риски возникнут при выходе человека за пределы низкой околоземной орбиты. Полученные данные станут ценным вкладом в подготовку будущих экспедиций к Луне и Марсу и помогут разработать меры защиты космонавтов на новых орбитальных станциях. Не случайно аппарат летит по той же схеме, что и будущая РОС: учёные РАН прямо указывают, что «Бион‑М2» проверит условия, в которых предстоит работать экипажам на высокой орбите, и способы смягчить негативные факторы.
Программа биологических экспериментов
В ходе месячного полёта на борту «Биона‑М2» будет проводиться более 20 научных экспериментов. Экспериментальная база весьма обширна: в герметичном спускаемом аппарате размещены разнообразные биообъекты – 75 лабораторных мышей (самцы линии C57BL/6), около 1500 мух дрозофил, высшие растения и семена, колонии водорослей, различные микроорганизмы, а также культуры тканей и клеток. Такой «экипаж» позволит комплексно исследовать влияние космоса на уровне целого организма, отдельных органов, клеток и молекул. Эксперименты охватывают работу нервной, иммунной, сердечно-сосудистой систем, процессы регенерации, обмен веществ и поведенческие реакции в условиях сочетания микрогравитации и космической радиации. Ниже перечислены основные направления исследований миссии:
- Гравитационная физиология животных. На орбиту отправятся 75 мышей и популяции плодовых мух-дрозофил. Эти модельные организмы помогут изучить фундаментальные эффекты невесомости и радиации на млекопитающих и насекомых, закладывая основу для новых технологий поддержания здоровья человека при длительных перелётах. Мыши генетически и физиологически близки человеку (~90% общих генов), поэтому их реакции крайне информативны. Все 75 мышей размещены группами по 3 особи в 5 отдельных отсеках; такое размещение позволит следить ещё и за социально-поведенческими аспектами в замкнутом пространстве. У половины грызунов питательный режим традиционный (пастообразный корм с влагой), у части – экспериментальный (твердый корм + вода-гель) для отработки новых систем жизнеобеспечения к следующему спутнику. В экспериментах на этих животных планируется изучить, в частности, состояние костно-мышечной системы, работу сердца, функции репродуктивной системы, нейрососудистые изменения, биохимический состав крови и терморегуляцию после воздействия факторов космоса. Результаты позволят оценить, как длительная невесомость и излучение влияют на здоровье позвоночных: например, ожидается получить новые данные об остеопорозе, атрофии мышц, изменениях когнитивных функций и других эффектах, важных для медицины космоса.
- Радиобиология и космическая дозиметрия. Особый акцент в проекте сделан на влиянии космической радиации. На спутнике установлена усовершенствованная аппаратура, которая будет непрерывно измерять дозу ионизирующего излучения внутри и снаружи аппарата. Датчики способны раздельно учитывать вклад различных компонентов радиации – электронов, протонов, тяжелых ионов, нейтронов. Параллельно ведутся радиобиологические опыты: образцы клеточных культур и лабораторные животные снабжены датчиками и биомаркерами, чтобы выяснить, как именно повышенная радиационная нагрузка (в сравнении с условиями МКС) сказывается на клеточном делении, ДНК, работе иммунитета и других процессах. Эти данные необходимы для разработки систем радиационной безопасности новых пилотируемых кораблей и станций. Например, планируется оценить эффективность различных материалов защиты от космических лучей и вторичных нейтронов, что напрямую важно при проектировании модулей РОС и лунных баз.
- Биотехнологии и космическое материаловедение. В экспериментах миссии участвуют и простейшие организмы, призванные помочь в отработке технологий жизнеобеспечения. Будет проверена возможность использования одноклеточных водорослей для регенерации воздуха и питания космонавтов (биорегенеративные системы). Также на борту находятся образцы материалов и специальные тест-панели для исследования влияния микроорганизмов на конструкционные материалы космических аппаратов. В рамках эксперимента «Взаимодействие» ученые проследят, как колонии бактерий разрушают различные покрытия и сплавы в условиях космоса – подобные опыты ранее проводились на МКС, а теперь будут выполняться и в автономном полёте. Кроме того, запланирован технологический эксперимент «Калибр‑2» (аналогичный ставился на спутнике «Фотон‑М4») – отработка методики калибровки датчиков температуры в долгосрочном космическом полёте. Таким образом, «Бион‑М2» служит еще и испытательным полигоном для космических технологий будущего.
- Генетика, развитие и медицина. Ряд исследований коснётся молекулярных и клеточных аспектов. На орбиту отправлены различные культуры клеток (в том числе стволовые клетки животных), которые будут расти в специальном многоярусном инкубаторе. Эксперимент «Мультиинкубатор» позволит выяснить, как невесомость и радиация влияют на дифференцировку стволовых клеток и развитие тканей – эти данные важны для регенеративной медицины и понимания рисков рака при космических полётах. Параллельно, мухи-дрозофилы нескольких поколений будут изучаться генетиками: короткий цикл развития (~10 дней) позволяет проследить несколько генераций за один месяц и отследить мутации, возникающие под воздействием космических факторов. Дрозофила – классическая модель для генетики; её геном хорошо изучен, поэтому даже малые изменения ДНК можно выявить и связать с влиянием среды полёта. Эти опыты дадут статистически значимые результаты о наследуемых эффектах космоса (например, изменение экспрессии генов стрессоустойчивости, частота хромосомных аберраций и т.д.), что важно для оценки последствий длительного пребывания человека в космосе на уровне потомства и клеточных систем организма.
- Образовательные и международные проекты.
В рамках миссии «Бион-М2» российские и белорусские школьники проводят опыт «В космос со своим помидором»: на орбиту отправлены около 1 500 семян томатов (до 5 г). Часть семян размещена внутри спускаемого аппарата, часть — снаружи на внешних платформах полезной нагрузки. Наружные контейнеры весь полёт будут открыты вакууму и радиации и переживут температурные перепады ~−150…+125 °C; перед входом в атмосферу они закрываются термозащитными крышками (до ~2000 °C), чтобы сохранить материал. После месячного полёта семена вернутся на Землю для проращивания и сравнения с наземным контролем. Оцениваются всхожесть, сроки появления всходов и цветения, высота растений, число соцветий и плодов в кисти, урожайность и вкусовые характеристики.
В проекте участвуют школы из Ивья (Беларусь), Минусинска и Москвы; среди сортов — «Бычье сердце», «Пиноккио», «Грошек», «Донецкий». Задачи — оценить влияние микрогравитации и космической радиации на продуктивность томатов и популяризировать космические исследования в России и Беларуси.
Это дает подрастающему поколению возможность напрямую поучаствовать в космических исследованиях. Помимо этого, миссия имеет широкое международное участие: к проекту присоединились ученые из США, Германии, Франции, Японии, Китая и других стран. NASA в рамках сотрудничества реализует на «Бион‑М2» 9 экспериментов, профинансировав их на ~$3,2 млн. Результаты новой миссии будут доступны мировому научному сообществу и дополнят данные, полученные на МКС и автоматических аппаратах.
Астробиология и гипотеза панспермии
Особое место в программе занимают эксперименты по экстремофильным микроорганизмам – они связаны с вопросом происхождения жизни на Земле и возможности её распространения через космос. Впервые на «Бионе» будет проведён крупномасштабный эксперимент по проверке гипотезы панспермии – то есть заноса жизненных зародышей на Землю из космоса. Для этого учёные ИМБП РАН подготовили опыт под названием «Метеорит». На внешней поверхности спутника закрепят специальные образцы – базальтовые диски с колониями микроорганизмов, помещённые в отделяемый модуль. Этот модуль окажется снаружи гермокапсулы и при возвращении аппарата войдёт в атмосферу первым, подвергаясь максимальному аэродинамическому разогреву – фактически выступая имитатором метеорита. Через 30 дней полёта спускаемый аппарат вместе с этими образцами войдёт в атмосферу и приземлится на территории России. После посадки исследователи вскроют капсулу и проверят, смогут ли какие-либо микробы выжить при раскалённом спуске.
В эксперименте задействованы несколько групп стойких микроорганизмов: анаэробные термофилы (бактерии, не нуждающиеся в кислороде, но чувствительные к температуре) и спорообразующие мезофилы (образующие защищённые споры). Эти образцы предоставлены ведущими научными центрами – ИМБП, МГУ, Федеральным исследовательским центром (СФУ) и Институтом микробиологии им. Виноградского, которые отобрали из своих коллекций различные экстремофилы (в том числе из термальных источников Камчатки). Эксперимент «Метеорит» проводится уже не впервые: ранее подобные капсулы с микробами испытывались на ракетах и возвращаемых аппаратах. Так, в одном из предыдущих пусков из ~200 видов земных микроорганизмов только 2 вида сумели выжить при прохождении через атмосферу в составе искусственного «метеорита». Если хотя бы часть бактерий из новой экспозиции выдержит все экстремальные факторы (вакуум, радиацию, ультрафиолет в космосе, а затем колоссальные температуры при спуске), это станет сильным аргументом в пользу гипотезы панспермии. Напротив, полная гибель всех образцов подтвердит крайне малую вероятность того, что жизнь могла прибыть на нашу планету целой на фрагментах астероидов. В любом случае, результаты дадут уникальные сведения о границах выносливости живых организмов. Помимо «метеоритных» капсул, на «Бионе‑М2» проводятся и другие опыты по астробиологии: некоторые микробные культуры будут просто открыты космическому вакууму и облучению вне аппарата (например, на внешней панели есть образцы бактерий для тестирования их устойчивости к ультрафиолету и радиации). Также спутник несёт древние микроорганизмы из вечной мерзлоты: образцы бактерий, инфузорий и амёб, пролежавшие миллионы лет в ледниках Арктики и Антарктики. Они отправлены в космос под руководством ученых почвенного института РАН. Цель этого эксперимента – проверить, могут ли земные микробы сохранять жизнеспособность в течение геологических эпох и в условиях, подобных марсианским. Елизавета Ривкина, руководитель проекта, отмечает: аппараты, отправляемые с Земли, сами способны случайно занести жизнь на другие планеты, поэтому важно знать, выживут ли бактерии, попав в инопланетную среду. Одновременно ученые проверят, не обнаружим ли мы когда-нибудь на Марсе организмы, которые на самом деле являются «попутчиками» земных космических аппаратов. Эти исследования напрямую связаны с проблемой планетарного карантина и поиском жизни вне Земли.
Значение миссии и перспективы
Миссия «Бион‑М2» станет важным шагом в освоении дальнего космоса человеком. Впервые за многие годы биоспутник создаёт условия, приближенные к межпланетному полёту, и позволяет исследовать комбинированное действие продолжительной невесомости и интенсивного космического излучения на живые организмы. Олег Орлов, директор ИМБП РАН, подчёркивает, что станция РОС на высокой орбите откроет для науки новый уровень возможностей – в первую очередь по изучению влияния галактического излучения на биологические объекты. «Бион‑М2» фактически предвосхищает эти исследования, предоставляя данные для долгосрочных программ. Результаты экспериментов помогут оценить риски для здоровья космонавтов при полётах к Луне и Марсу и разработать меры противодействия вредным факторам. Например, знания о радиационных повреждениях и их предотвращении лягут в основу новых технологий защиты (от оптимальных материалов обшивки кораблей до требований по глубине размещения лунных баз). Медико-биологические данные о работе мышиных органов и клеток позволят совершенствовать методы поддержания здоровья экипажей – от диет и фармакологических средств до систем искусственной гравитации. Кстати, следующий спутник серии, «Бион‑М» №3, планируется оснастить небольшими центрифугами для создания искусственной гравитации на борту. Опыт нынешней миссии уже готовит почву для этого: отрабатываются новые способы кормления животных и длительного мониторинга, необходимые для экспериментов с центрифугированием.
Важно отметить и интеграцию науки: в проекте участвуют десятки институтов и ученых разных стран, а все биоматериалы после полёта будут тщательно проанализированы сразу по множеству параметров. По возвращении спускаемого аппарата специалисты оперативно извлекут образцы (для этого предусмотрены новые радиомаяки и сигнальные устройства, ускоряющие поиск капсулы). Затем международные группы исследователей проведут комплексные исследования тканей, клеток и генов, сравнивая их с контролем на Земле. Такой комплексный подход даст беспрецедентно полную картину воздействия условий космоса на живую материю.
«Бион‑М2» предоставит науке новые фундаментальные знания о том, как космос влияет на жизнь. Миссия вносит значимый вклад в приближение эпохи, когда человек сможет безопасно жить и работать за пределами Земли, а жизнь земных организмов – распространяться по просторам Вселенной.