為深入理解這一現(xiàn)象，比利時天主教魯汶大學(xué)的生物力學(xué)工程設(shè)計院的三位學(xué)者，Jos Vander Sloten，Gerrit Van Lenthe和Geert Carmeliet創(chuàng)建了“Freqbone”生物反應(yīng)器項目。此項目是歐洲航天局近地軌道運行任務(wù)的一部分。
“Freqbone”實驗大致是把十二支牛骨（通過持續(xù)輸送培養(yǎng)液使其保持活性）放置在地球軌道衛(wèi)星中，進行為期12天的失重條件下的震動實驗。由于衛(wèi)星以28000km/h的速度每天繞地飛行15圈，其還會每天周期性地接受太陽輻射從零到完全照射變化15次。
Foton返回式無人航天飛船系列由前蘇聯(lián)在20世紀60年代的聯(lián)盟號火箭和太空船發(fā)射成功后，于1985年首次發(fā)射。它可為物理學(xué)家和材料學(xué)家提供微重力環(huán)境平臺，是對類似的以生命科學(xué)研究為目的的Bion飛船的補充。近年來，隨著生命科學(xué)和非微重力的實驗都遷移到Foton上，Bion項目被中止了。
Foton-M3俄羅斯航天飛船主要承接一些短期壽命試驗（一般不超過兩周），俄羅斯聯(lián)邦航天局提供宇宙飛船的發(fā)射，歐洲航天局為其提供有效載荷以及相關(guān)實驗。‘Freqbone’項目及其實驗測試是在Foton-M3上完成的，并且它只是在Foton-M3的14個實驗中的一個。Foton-M3有效載荷進行的實驗還包括流體物理學(xué)、生物學(xué)、蛋白質(zhì)晶體生長學(xué)、隕石學(xué)、輻射劑量測量學(xué)、外太空生物學(xué)。
星.jpg) |
眾所周知，要獲得骨骼硬度，必須施加一定的機械載荷。然而，具體的細節(jié)仍然很大程度上是未知的。因此Freqbone衛(wèi)星試驗的目的就是研究機械壓力和拉力對骨骼重塑的影響，以及微重力對骨骼重塑的作用。在2007年11月，F(xiàn)reqbone項目在Foton-M3任務(wù)中成功實施。共對12個牛小梁骨在微重力下進行了為期14天的試驗，其中一半加載高頻低振幅載荷的生物應(yīng)力，另一半不加載荷。這個項目的具體目的是分析在機械應(yīng)力下和不在機械應(yīng)力下，骨骼樣品的骨吸收和骨沉淀的區(qū)別。
作為實驗的一部分，每天有一半的牛骨將被用來做10分鐘振動試驗（高頻低振幅的機械振動），并全程記錄實驗效果。實際上，這種實驗是在專門的加載及灌注式生物反應(yīng)器里進行的。在微重力和輻射情況下，科學(xué)家通過對比加載和灌注樣本與不加載（只灌注）樣本在機械刺激下的效果，分析施加振動載荷和不施加振動載荷對牛骨的影響。實際的Freqbone實驗箱硬件和符合Leuven小組技術(shù)要求的地面控制模型都已經(jīng)由QinetiQ Space公司的Marc Dielissen設(shè)計和搭建好了。Freqbone試驗臺設(shè)計的非常緊湊、輕便和可靠以便可以在衛(wèi)星的有效載荷艙中運作。
為了保證Freqbone項目的順利實施，費蘭德航空中心的工程師不得不設(shè)計一個重量少于10公斤、內(nèi)部溫度控制在37.2±0.1°C的骨骼保存箱。針對Freqbone管道和骨骼保存箱的溫度，他們向Voxdale尋求幫助，以使保存箱在重復(fù)的低地軌道運行試驗中保持均勻的溫度。對實驗的真正的挑戰(zhàn)是在衛(wèi)星接受太陽輻射從完全照射到零的過渡時期。這25秒的過渡時期是熱沖擊最嚴重時期，此間的太陽輻射對設(shè)備的影響也是保存箱設(shè)計時需要重點考慮的。
 |
 |
 |
Voxdale 選擇了嵌入到PTC Creo CAD的FloEFD軟件對骨骼保存箱的多個設(shè)計方案進行快速有效的評估，以使其合乎設(shè)計要求。設(shè)計人員還提出了由風扇罩、散熱器、6個帕爾貼效應(yīng)裝置、兩個風扇以及導(dǎo)熱材料構(gòu)成的散熱系統(tǒng)設(shè)計，使其適應(yīng)衛(wèi)星有效載荷周期運行過程中，尤其是衛(wèi)星接受太陽輻射從零到完全輻射這一時期所引起的溫度波動。Frobone實驗圓滿結(jié)束。Foton-M3返回地面，生物科學(xué)家就FreqBone衛(wèi)星中施加振動載荷和未施加振動載荷的兩類牛骨和地球上的此兩類進行了對比。 這為未來更遠距離的行星間載人航天飛行提供了極有價值的參考依據(jù)。
標簽： 點擊： 評論: