Программа BIOSAT: почему США быстро свернули полеты животных в космос
СССР первым в мире начал отправлять биологические спутники в космос. Целью исследований, проводившихся с животными и растениями на борту, было выяснить, как космический полет влияет на живые организмы. Большой вклад в этой области внесли космические аппараты «Бион». Похожая программа была и у США: всего они запустили три миссии, две из которых закончились неудачей. Эксперт Pro Космоса Игорь Афанасьев вспоминает, как зарождалась программа Biosatellite и почему ее так быстро свернули.
19 сентября 2025 года в Оренбургской области успешно приземлился российский космический аппарат «Бион-М» №2. На борту спутника находились мыши, мухи-дрозофилы, муравьи и семена растений. Эти крошечные путешественники провели целый месяц на высокоширотной орбите. Их миссия — помочь ученым понять, как микрогравитация и космическая радиация воздействуют на генетику, поведение и физиологию организмов.
Топ-5 ожиданий ученых РАН от итогов полета спутника «Бион-М» № 2
Такие космические путешествия — это не только технический прорыв, но и продолжение многолетней традиции исследования жизни за пределами Земли, берущей начало в эпоху холодной войны. Целью первых полетов советских кораблей-спутников с животными на борту было доказать безопасность космических полетов для человека.
Затем начались углубленные исследования влияния космических факторов — перегрузок, невесомости и их смены — на человека. Это была амбициозная попытка заглянуть в тайны космоса через призму живых организмов — от простейших грибков до приматов. Такие миссии проводились как в СССР, так и в США. Эти программы, полные триумфов и трагедий, легли в основу современной космической медицины и биологии.
Зарождение проекта Biosatellite: от идей к контрактам
История проекта Biosat началась в октябре 1962 года, в разгар космической гонки, когда США поняли, что для отправки человека на Луну необходимо изучить влияние космоса (особенно невесомости и радиации) на самое уязвимое — жизнь. Исследовательский центр Эймса, подразделение NASA, расположенное в аэропорту Моффет-Филд недалеко от Маунтин-Вью, с его «Бюро космических систем» и «Отделом исследований» взял на себя руководство проектом. Ученые, инженеры и биологи объединились для создания автоматического спутника, способного не только летать по орбите, но и возвращать на Землю ценные образцы: растения, насекомых, микроорганизмы и даже млекопитающих.
К февралю 1963 года специалисты разработали методики экспериментов и заключили контракты на проектирование космического аппарата. 2 марта того же года подписали основной договор на создание биоспутника (Biosatellite, для краткости именовался Biosat или Bios) с возвращаемой капсулой, а в апреле и июне — еще три договора на дополнительные системы и исследования. К 13 июня все предложения по экспериментам одобрили, и программа окончательно сформировалась.
Проект разрабатывался с учетом опыта полетов первых советских кораблей-спутников и запусков приматов на первых капсулах Mercury. Одной из основных задач было создание аппарата, который был бы проще, дешевле и универсальнее по сравнению с пилотируемыми кораблями, уже запущенными или находившимися в разработке. Программа предполагала шесть полетов, направленных на отработку методик проведения экспериментов, а также на тестирование ракет-носителей, систем слежения, телеметрии и методов анализа данных.
Не забыли и о спасательных операциях — ведь возвращаемые капсулы с живым грузом предстояло ловить в воздухе или находить в океане, — а также о методах анализа результатов.
Цели проекта Biosatellite и устройство спутника
Программу Biosat в США задумывали как связующее звено между фундаментальными исследованиями в области биологии и практическими задачами, связанными с освоением космоса. Эксперименты охватывали пять ключевых областей. Во-первых, физиологию млекопитающих: орбитальные полеты с участием приматов и грызунов были направлены на изучение влияния невесомости на центральную нервную систему, сердце, сосуды и эндокринные железы. Во-вторых, основную биологию: иммунитет, масса тела и поведение, определяющие устойчивость или уязвимость организма. Третье направление — морфогенез растений, включающий рост, форму и ориентацию в пространстве без гравитации. Четвертое — радиобиология, рассматривающая размножение, мутации и устойчивость к радиации. И, наконец, биоритмы, включающие циклы и периодичность, которые могут нарушаться в космосе, как разбалансированные ручные часы.
Для реализации этих целей предполагалось запускать три типа спутников: для трехсуточных, трехнедельных и месячных полетов. На этих космических аппаратах планировалось разместить разнообразные биологические объекты, включая обезьян, крыс, растения, насекомых, икру лягушек и микроорганизмы. Орбиты выбирали низкие, высотой от 260 до 330 км и наклонением 33,5°, чтобы минимизировать внешнюю радиацию, но сохранить эффект невесомости. Запуски планировали с мыса Кеннеди, а приводнение — в Тихом океане неподалеку от Гавайев, с последующим подъемом капсулы из воды помощью вертолетов и кораблей.
По конструкции Biosat напоминал симбиоз капсулы спутника-фоторазведчика и автоматической орбитальной лаборатории. Возвращаемый аппарат имел теплозащиту, тормозной двигатель и парашютную систему посадки. В нем находился контейнер с «пассажирами», а также антенны, импульсные источники света для фотосъемки растений, радиационные экраны и градуированный источник излучения. Служебная аппаратура (терморегулирование, связь, телеметрия, определение параметров орбиты и прием телекоманд) располагалась в служебном модуле.
В коротких полетах электропитание предполагалось получать от аккумуляторов, а в длительных — от топливных элементов, которые были компактнее и легче фотогальванических батарей и не требовали постоянной ориентации на Солнце. Расчётная стартовая масса спутников варьировалась от 440 до 560 кг; орбитальная масса легких версий для трехсуточных миссий составляла от 396 кг, а для месячных — от 440.
Эксперименты Biosatellite
В 1964 году программа претерпела значительные изменения под влиянием рекомендаций ВВС США и докладов, подготовленных другими полевыми центрами NASA. Основные цели миссий пересмотрели: теперь внимание уделялось разработке систем для работы в условиях двухкомпонентной газовой среды на борту корабля, а также технологиям регенерации пищи и воды. Не забыли специалисты и исследования в области биомеханики, нейрофизиологии, воздействия лазеров, работающих в разных диапазонах, и продуктов ядерного распада.
В конструкцию спутника включили собственный источник радиации (капсулу с изотопом стронция-90) для моделирования воздействия контролируемого облучения в космических экспериментах. Бортовой источник считался необходимым, потому что естественная радиационная среды была очень изменчивой, что затрудняло создание контролируемых условий для изучения биологического воздействия радиации. Изотоп обеспечивал стабильные и измеримые дозы облучения на орбите, что позволяло сравнивать их с результатами наземных испытаний.
На ближайшие годы NASA запланировало проведение 49 экспериментов, включая несколько миссий с участием обезьян, крыс и растений. Кроме того, ученые разработали специальную аппаратуру для мониторинга кровообращения, провели тесты на радиационное воздействие на мозг и изучили поведенческие реакции, чтобы понять, как космос влияет на физиологию живых организмов.
Основные направления исследований включали длительное пребывание обезьяны на орбите (до месяца), изучение воздействия бортовой и внешней радиации на биологические образцы, а также влияние невесомости на организм. Внутри капсул поддерживалась искусственная атмосфера, состоящая из 20% кислорода и 80% азота при нормальном давлении, а температура составляла 24°С. Для обеспечения электропитания в длительных миссиях использовались кислородно-водородные топливные элементы от компании General Electric с ионно-обменными мембранами. Спутник делался так, чтобы можно было усадить «экипаж» в возвращаемый аппарат всего за три часа до старта, что давало биологам возможность провести последние проверки перед запуском.
Название конкретных экспериментов звучали как сценарий фантастического романа, но были строгой наукой. В Брукхейвенской национальной лаборатории исследовали генную мутацию у традесканции — растения в 32 капсулах, которых на орбите подвергали воздействию радиации. В Окриджской лаборатории мутировали нейроспоры плесневых грибков — по 10-100 миллионов спор в диске, в четырех капсулах с дозами от 500 до 6000 рад.
«1 рад» — это внесистемная единица измерения поглощенной дозы ионизирующего излучения, которая показывает, сколько энергии получает вещество. 1 рад равен дозе, при которой в одном грамме вещества (коже человека, воздухе, воде или даже земле) поглощается 100 эрг энергии. Современной единицей, эквивалентной 100 радам, является грей (Гр), поскольку 1 рад = 0,01 Гр.
К причинам использования бортового источника радиации можно отнести следующие:
Создание предсказуемой и контролируемой дозы облучения для сравнения с наземными экспериментами;
Обеспечение постоянной дозы облучения, несмотря на колебания космической радиации, вызванные солнечными вспышками и другими явлениями;
Сравнение данных с наземными исследованиями позволяло определить, изменяется ли чувствительность организма к радиации в космосе под воздействием факторов космического полета (перегрузки при старте и спуске, невесомость на орбите).
Калифорнийский университет в Беркли изучал эмбриональное развитие мучного хрущака — яйца и куколки в терморегулируемых капсулах. Университет Райса фиксировал генетические изменения у дрозофил на стадиях куколки и взрослой особи при облучении 2000 рад. В Баулинг-Грине личинки дрозофил получали 1300 рад для исследования эмбриогенеза.
Фирма NUS изучала размножение вирусов в лизогенных бактериях — в четырех капсулах, три из которых облучались до 2300 рад, а одна оставалась экранированной. Вместе с Колорадским университетом они кормили и растили амеб в 44 пластмассовых камерах, а Центр Эймса развивал оплодотворенную икру лягушек.
Дартмутский колледж проращивал семена пшеницы: в трех капсулах рост прерывали через 48, 60 и 72 часа, в четвертой ростки продолжали развиваться вплоть до посадки. Университет Эмори изучал клетки, ростки и корни пшеницы. North American Aviation анализировала биохимию корней и листьев перца: стебли освещались импульсами света каждые 10 минут, а листья фотографировали для фиксации изменений.
Оборудование для трехсуточных полетов занимало 62,3 кубического сантиметра, весило 20 кг и потребляло 4,5 ватта постоянно и 35 ватт импульсно. Контейнер с источником радиации добавлял девять килограммов. Для 21-суточных полетов научное оборудование увеличивалось до 84,9 кубического сантиметра, весило 34 кг и потребляло 25 ватт постоянно.
Полеты спутников Biosatellite в космос
Первый полет
Первый биоспутник Biosatellite 1 стартовал 14 декабря 1966 года с мыса Канаверал. Ракета-носитель Thor Delta G вывела его на орбиту с наклонением 33,51°, перигеем 294 км и апогеем 309 км, с периодом обращения 90,44 минуты. На борту спутника находилось 13 экспериментов с биологическими образцами: от традесканции и хрущака до амеб и лягушачьей икры.
Через 50 минут после старта включился облучатель — источник радиации (контрольные образцы защищал экран). Миссия завершилась на третьи сутки полета. 17 декабря на 47-м витке капсула отделилась от служебного модуля, но тормозной двигатель отказал. Система жизнеобеспечения контейнера проработала всего шесть часов, после чего все организмы погибли.
NASA рассчитывало, что капсула войдет в атмосферу естественным образом из-за аэродинамического торможения в верхних слоях. Однако 16 февраля 1967 года поиски прекратили. Научных целей достигнуть не удалось, но миссия позволила извлечь уроки по надежности систем и «дала отличные результаты в большинстве других областей».
Второй полет
Второй спутник Biosatellite 2 отправился в космос 7 сентября 1967 года на ракете Thor Delta G. Его масса составляла 507 кг, а орбита имела наклонение 33,51°, перигей — 297 км, апогей — 318 км. Период обращения составлял 90,8 минуты. На борту спутника находились 13 биологических экспериментов с насекомыми, растениями, икрой лягушек и микроорганизмами.
Миссия должна была продлиться трое суток, но ее досрочно прекратили через 45 часов после старта из-за проблем со связью и тропического шторма, который ожидался в зоне приводнения. Главной целью полета было выяснить, как микрогравитация влияет на чувствительность организмов к ионизирующему излучению от искусственного источника. Капсулу, которая приводнилась вблизи Гавайских островов, удалось спасти. Организмы выжили. Ученые получили частичные ответы на свои вопросы.
Третий полет
Третий спутник Biosatellite 3 запустили 29 июня 1969 года на ракете Thor Delta N на орбиту с наклонением 33,51°, высотой в перигее 221 км и апогее 240 км и периодом обращения 92 минуты. Его полет стал самым драматичным в серии. Масса космического аппарата составляла 695 кг. На борту находился свинохвостый макак (лат. Macaca nemestrina) Бонни весом шесть килограммов. Задачей миссии был 30-дневный мониторинг по определению потери костной минеральной массы при длительной невесомости, а также изучение влияния длительного космического полета на мозговые функции и работоспособность.
Однако уже через 8,8 дня, судя по показаниям телеметрии, здоровье обезьяны ухудшилось, и миссию пришлось прервать. Капсула вошла в атмосферу и приводнилась 7 июля. Бонни погибла вскоре после того, как ее извлекли из воды Тихого океана. Обезьяна умерла через восемь часов после возвращения космического аппарата на Землю, предположительно от обширного инфаркта, вызванного обезвоживанием.
Амбициозные планы, включавшие десятки измерений на одном животном, обернулись сомнениями в достоверности результатов. В прессе поднялась волна саркастической критики. Оставшиеся полеты отменили.
Завершение проекта Biosatellite
Программа Biosatellite завершилась в 1969 году перед высадкой «Аполлона» на Луну. Под давлением Общества защиты животных NASA было вынуждено отказаться от дальнейших экспериментов с приматами. Общие затраты на проект выросли с планируемых $60,1 до реальных $79,8 млн. Космос оказался не только областью сложной науки и техники, но и сферой применения вопросов этики, показавшей, что изучение жизни требует тщательной подготовки, строгого контроля, четких и реалистичных целей и детальных тестов.
Программа потерпела неудачу, но заложила основу для будущих исследований в космической биологии. Проект Biosat оказал влияние на будущие эксперименты NASA, показав важность баланса между амбициями и безопасностью. Американская программа напомнила: жизнь за пределами атмосферы меняется, и понимание этих изменений — ключ к освоению космоса. Следующий шаг — не просто кратковременный эксперимент, а последовательность сложных работ, одной из главных составляющих которых будет космическая биология.
По прошествии десятков лет техника и методология проведения биологических экспериментов на орбите изменились. Теперь эти работы стали гуманнее и плодотворнее. Об этом говорят исследования, проводимые в рамках отечественной программы «Бион».
Какие эксперименты проводились на спутнике «Бион‑М» №2 — собрали все, что известно.
