Заявка - Координационный научно

Заявка на проведение космического эксперимента «Фотобиоректор»
на Российском сегменте МКС
1. Наименование КЭ: Культивирования микроводорослей
в условиях
микрогравитации.
Шифр: "Фотобиореактор"
2. Полное наименование и реквизиты предприятия – постановщика КЭ
Открытое акционерное общество «Биопрепарат»
Юридический адрес:111033, г. Москва, ул. Самокатная, д. 4а
Почтовый адрес: 127299, г. Москва, ул. Клары Цеткин, д. 4
3. Наименование тематической секции КНТС:
подсекция «Космическая биотехнология» секция 1 КНТС
4. Данные о научном руководителе КЭ:
Научный руководитель: Евстигнеев Валентин Иванович
Место работы: ОАО «Биопрепарат».
Должность: первый заместитель генерального директора ОАО «Биопрепарат»
Ученая степень и звание: кандидат медицинских наук , профессор
Почтовый адрес: 127299, г. Москва, ул. Клары Цеткин, д. 4
5. Участники КЭ:
- ОАО «Биохиммаш», 127299 г. Москва, ул. Клары Цеткин, д.4.
- РКК «Энергия» , 141070, г. Королев, ул. Ленина , 4-а
- НПП «БиоТехСис», ООО Почтовый адрес: 11394, г. Полимерная, д.8,
Юридический адрес: 111141, г. Москва, Зеленый проспект, д.6, корп.2
6. Желательные и технически возможные сроки проведения КЭ:
В условиях микрогравитации
необходимо провести не менее 10 сеансов
Длительность одного сеанса – от 10 до 30 дней. В эксперименте занят один член
экипажа РС МКС.
При проведении эксперимента «Фотобиореактор» должна использоваться
аппаратура « Фотобиореактор». Аппаратура «Фотобиореактор» предназначена для
исследования воздействия факторов космического полета
на культивирование
спирулины
Аппаратура «Фотобиореактор» представляют собой моноблок, оснащенный
датчиками, светодиодами (освещение), насосом и термостатом.
Для
реализации эксперимента «Фотобиореактор»
необходимо выполнить
следующие этапы по созданию НА:
-разработка КД, изготовить макет НА для наземной отработки, изготовить летный
образец аппаратуры, провести наземные испытания
- биотехнологическая отработка НА, корректировка КД.
- изготовление летных образцов НА «Фотобиореактор»
1
7. Краткое описание КЭ.
Цель эксперимента - создание фотобиореактора для проведения биотехнологических
экспериментов и получения продуктов питания и кислорода путём культивирования
микроводорослей в условиях микрогравитации.
Показано, что использование низших растений решает задачу утилизации угольной
кислоты, образующейся в процессе жизнедеятельности космонавтов, и пополнения
кислорода в атмосфере корабля. Имеются данные , что среди массы микроводорослей,
применявшихся для исследований в качестве продукции кислорода для космических
полетов, подходят хлорелла и спирулина. Однако применение хлореллы в качестве
продукта питания для космонавтов не находит подтверждения.
В связи с имеющимися данными наиболее вероятным продуктом, для обеспечения
кислородом и продутом питания экипажа космического корабля при длительных полетах,
может служить спирулина.
В земных условиях отработана технология получения спирулины платенсис в
качестве пищевой добавки, как источник белка и витаминов. Также проведены
эксперименты в земных условиях, которые показали, что в замкнутой по газу и воде
экосистеме микроводоросли могут обеспечивать человека кислородом и поглощать
углекислоту.
В промышленных масштабах получение биомассы микроводорослей осуществляют,
как правило, используя благоприятные климатические и природные ресурсы (теплый
климат, хорошая инсоляция, теплые водоисточники, чистая морская вода, минеральные
источники и др.). Накопление биомассы микроводорослей в таких случаях осуществляют
в естественных и искусственных водоемах, прудах и бассейнах. Для осуществления
управляемого культивирования фотосинтезирующих микроводорослей используют
различные аппараты, получившие название фотобиореактор
Несмотря на большое конструкционное разнообразие фотобиореакторов, их
разработчикам приходилось решать практически однотипные задачи:
- во-первых, обеспечить требуемый уровень освещения клеток светочувствительной
микроводоросли;
- во-вторых, обеспечить синхронный массообмен, потребляемых и выделяемых
клетками водоросли газов (СО2, О2);
- в-третьих, обеспечить максимальную степень однородности физико-химических
условий жизнеобеспечения каждой клетки водоросли;
в-четвертых, оперативное управление параметрами процесса фотобиокатализа и
качеством получаемой продукции.
В настоящее время наиболее совершенным считается проточное выращивание
микроводорослей, при котором по сигналам, поступающим от самой культуры,
осуществляется автоматический отбор прирастающих клеток, подача свежей питательной
среды и стабилизация оптической плотности культуры. В этой связи заслуживает
внимания метод выращивания спирулины в закрытом трубчатом реакторе, построенном
на фабрике в Южной Италии
Реактор состоит из 50-метровой прозрачной стеклянной трубки диаметром 1 см.
Культура микроводоросли подвергается рециклированию насосом. Культивируемое
сообщество представлено одной водорослью и тремя видами бактерий, что делает его
устойчивым к заражению другими микробами.
В состав питательной среды входит аммиак, минеральные соли и углекислота. В
процессе культивирования образуется биомасса, содержащая до 50% белка, липиды,
крахмал и глицерин, выделяется чистый кислород примерно в эквивалентном количестве
с поглощенным углекислым газом.
1.Задачи НИР:
- разработать конструкцию и изготовить макет фотобиореактора для проведения
2
многократного культивирования в жидкой питательной среде микроводорослей:
- отработать техпроцесс накопления биомассы спирулины для сравнительных
испытаний фотобиореактора (штаммы микроводорослей, состав питательной среды,
световой спектр, баланс подачи и отбора газов, температурный режим); обосновать
культуры микроводорослей для проведения наземных испытаний фотобиореактора:
- обосновать состав и основные характеристики бортового биотехнологического
комплекса, обеспечивающие создание условий для культивирования микроводорослей в
условиях микрогравитации:
-провести наземные испытания и отработку технологии получения биомассы
микроводорослей в условиях микрогравитации:
- провести не менее 10 сеансов КЭ для получения
исходных данных по
технологии культивирования микроводорослей в условиях микрогравитации
для
последующего конструирования прототипа биотехнологического
модуля системы
жизнеобеспечения космонавтов.
2. Технически проведение эксперимента может быть реализовано следующим
образом:
1) Для проведения КЭ на борт доставляется
и используется
аппаратура
«Фотобиореактор» в составе: блок «Биоплатформа»; укладка «Биомодуль; укладка
«Питательная среда»;
Блок «Биоплатформа» представляет собой устройство, оснащённое светодиодной
панелью для освещения и подогрева культивируемой жидкости в интервале температур от
+250С до +370С; насосами, подающими питательную среду в каждый отдельный
биореактор;
вентиляторами,
поддерживающими
требуемую
температуру
культивирования микроводорослей.
Укладка «Биомодуль» представляет собой контейнер, в котором должна быть
размещена капсула с микроводорослями.
2) В ходе эксперимента член экипажа обеспечивает размещение содержимого
укладки «Биомодуль» и укладки «Питательная среда» на хранение в термостате ТБУ-В
при температуре + 4 ± 2 0С : перенос на место проведения эксперимента и размещение
внутри устройства «Биоплатформа», активация процесса ; визуальный контроль за ходом
процесса (2 -20 дней в зависимости от циклограммы КЭ).
После проведения каждого сеанса КЭ на Землю возвращается:
укладка
«Биомодуль»; укладка «Питательная среда».
3. Для обеспечения проведения эксперимента должны быть изготовлены :
опытный образец аппаратуры;
два летных образца аппаратуры ( основной и ЗИП);
тренажерный макет.
4. Реализация эксперимента осуществляется по согласованной с РКК "ЭНЕРГИЯ"
программе космического эксперимента, по методике и бортовой документации,
выпускаемой РКК "Энергия".
5. Специальных требований к орбите станции и к ее ориентации не предъявляются.
6. Для обработки данных, полученных при проведении эксперимента на РС МКС,
специализированное программное обеспечение не требуется.
7. Экипаж станции должен быть обучен методике проведения эксперимента
3
8. Ожидаемые научно-практические результаты:
- данные о влиянии космического полета на параметры биотехнологического
процесса ;
- данные по производительности предлагаемой модели биореактора по биомассе
и кислороду;
- данные
по применимости
предлагаемой модели
биореактора для
культивирования микроводорослей в условиях микрогравитации;
- данные могут быть положены в основу создания биотехнологического модуля
обеспечения продуктами питания и кислорода длительных экспедиций.
9. Согласие научного руководителя на осуществление научного руководства с
личной подписью и датой имеется.
4