La STS-65 fue una misión del programa del transbordador espacial Columbia lanzada desde el Centro Espacial Kennedy , Florida, el 8 de julio de 1994. El vuelo llevaba una tripulación de 7 personas y estaba comandado por Robert D. Cabana , quien más tarde dirigiría el Centro Espacial Kennedy . La STS-65 fue una misión científica internacional que llevó al Laboratorio Internacional de Microgravedad (IML-2) en una misión de 15 días. [1] El Columbia regresó al Centro Espacial Kennedy el 23 de julio de 1994.
El Laboratorio Internacional de Microgravedad (IML-2) fue el segundo de una serie de vuelos del Spacelab (SL) diseñados para realizar investigaciones en un entorno de microgravedad. El concepto del IML permitió a los científicos aplicar los resultados de una misión a la siguiente y ampliar el alcance y la variedad de las investigaciones entre misiones. Los datos de las misiones del IML contribuyeron a la base de investigación de la estación espacial. [3]
Como su nombre lo indica, la IML-2 fue una misión internacional. Científicos de la Agencia Espacial Europea (ESA), Canadá, Francia, Alemania y Japón colaboraron con la NASA en la misión IML-2 para proporcionar a la comunidad científica mundial una variedad de instalaciones y experimentos complementarios. Estas instalaciones y experimentos se montaron en veinte bastidores de 19" en el módulo IML 2.
La investigación en el IML-2 se dedicó a la microgravedad y las ciencias biológicas. La ciencia de la microgravedad abarca una amplia gama de actividades, desde la comprensión de la física fundamental implicada en el comportamiento de los materiales hasta el uso de esos efectos para generar materiales que de otro modo no se podrían fabricar en el entorno gravitacional de la Tierra. En la investigación de las ciencias biológicas, una reducción del efecto de la gravedad permite estudiar de forma aislada determinadas características de las células y los organismos. Estos efectos gravitacionales reducidos también plantean problemas de salud ocupacional poco comprendidos para las tripulaciones espaciales, que van desde el síndrome de adaptación al espacio hasta los cambios hormonales a largo plazo. En el IML-2, los experimentos de ciencia de la microgravedad y de ciencias biológicas fueron complementarios en su uso de los recursos de SL. La ciencia de la microgravedad tiende a recurrir en gran medida a la energía de las naves espaciales, mientras que las ciencias biológicas exigen la mayor parte del tiempo de la tripulación.
Los experimentos e instalaciones de ciencias de la vida en el IML-2 incluyeron: Unidad de experimentación con animales acuáticos (AAEU) en el estante 3, Biorack (BR) en el estante 5, Biostack (BSK) en el estante 9, Programa médico del orbitador de duración extendida (EDOMP) y Cambios espinales en microgravedad (SCM) en la isla central, Dispositivo de presión negativa para la parte inferior del cuerpo (LBNPD), Muestreador de aire microbiano (MAS), Estación de trabajo de evaluación del desempeño (PAWS) en la cubierta intermedia, Microscopio centrífugo de rotación lenta (NIZEMI) en el estante 7, Dispositivo de monitoreo de radiación en tiempo real (RRMD) e Incubadora termoeléctrica (TEI), ambos en el estante 3.
Los experimentos e instalaciones de microgravedad en el IML-2 incluyeron: Investigación aplicada sobre métodos de separación (RAMSES) en el estante 6, Unidad de burbujas, gotas y partículas (BDPU) en el estante 8, Instalación de punto crítico (CPF) en el estante 9, Instalación de procesamiento electromagnético sin contenedor (TEMPUS) en el estante 10, Unidad de electroforesis de flujo libre (FFEU) en el estante 3, Horno isotérmico grande (LIF) en el estante 7, Medición de aceleración casi constante (QSAM) en el estante 3, Sistema de medición de aceleración espacial (SAMS) en la isla central y Sistema de experimentación de caja de aislamiento de vibraciones (VIBES) en el estante 3.
Otras cargas útiles en esta misión fueron: Instalación avanzada de cristalización de proteínas (APCF), Crecimiento comercial de cristales de proteínas (CPCG), Prueba de calibración del sitio óptico de la Fuerza Aérea en Maui (AMOS), Experimento de investigación de aceleración orbital (OARE), Aplicación militar de las pistas de los barcos (MAST), Experimento de radioaficionados del transbordador II (SAREX-II). Columbia voló con una plataforma de orbitador de duración extendida (ED0) y no se instaló ningún brazo RMS. Este fue también el primer vuelo de la modificación de la caja de torsión de la puerta del compartimento de carga útil en Columbia y el primer vuelo del nuevo software del motor principal OI-6.
El segundo de la serie de cargas útiles del Laboratorio Internacional de Microgravedad (IML-2) fue lanzado en la misión STS-65 del transbordador espacial Columbia el 8 de julio de 1994. Después de permanecer en órbita alrededor de la Tierra durante 15 días, el transbordador aterrizó el 23 de julio. La tripulación de siete miembros incluía a una astronauta japonesa, Chiaki Mukai, que fue la primera mujer japonesa en el espacio. [4]
Además de la NASA, la Agencia Espacial Europea ( ESA ) y las agencias espaciales de Japón ( NASDA ), Canadá ( CSA ), Alemania (DLR) y Francia (CNES) patrocinaron experimentos en la misión. Investigadores de un total de 13 países participaron en la investigación sobre el comportamiento de los materiales y la vida en microgravedad. [5]
La carga útil del IML-2 consistió en más de 80 experimentos en microgravedad y ciencias biológicas, incluidos cinco experimentos de ciencias biológicas desarrollados por investigadores estadounidenses. De ellos, el Centro de Investigación Ames patrocinó dos experimentos con tritones y medusas. El Centro Espacial Kennedy (KSC) patrocinó el experimento PEMBSIS, diseñado para estudiar la embriogénesis de plantas en microgravedad. [5]
El objetivo del experimento con el tritón era estudiar el desarrollo temprano de los órganos que detectan la gravedad (véase la figura). El utrículo y el sáculo son órganos especializados presentes en el oído interno de todos los animales vertebrados. Contienen otolitos (u otoconias ), piedras de carbonato de calcio , que se depositan sobre una membrana gelatinosa que se encuentra sobre las células ciliadas sensoriales. La atracción que ejerce la gravedad sobre los otolitos es detectada por las células ciliadas, y la información sobre el estímulo gravitatorio se transmite al cerebro a través de fibras nerviosas que los conectan. El experimento fue diseñado para determinar si la producción de otolitos y el desarrollo de las células receptoras asociadas a los otolitos y las fibras nerviosas pueden verse alterados en el entorno de microgravedad del espacio.
El experimento con medusas se diseñó para estudiar el comportamiento y el desarrollo en el espacio. Los parámetros de comportamiento estudiados incluyeron natación, pulso y orientación. El estudio de los procesos de desarrollo se centró en los órganos sensibles a la gravedad. El experimento también buscó determinar el nivel de estímulo de gravedad artificial necesario para contrarrestar cualquier efecto negativo del vuelo espacial.
El objetivo del experimento de embriogénesis de plantas (PEMBSIS) fue evaluar si el vuelo espacial afectaba el patrón y la progresión del desarrollo de los embriones de daylilies de una etapa bien definida a otra. También se examinó si la división celular (mitosis) y el comportamiento de los cromosomas se modificaban por el entorno espacial.
En el experimento se utilizaron adultos y larvas de la especie de tritón japonés de vientre rojo ( Cynopus pyrrhogaster ). Esta especie fue seleccionada para el estudio en parte porque el sistema vestibular de los tritones muy jóvenes experimenta la mayor parte de su desarrollo en un período de tiempo equivalente a la duración planificada de la misión. Además, se puede inducir a las hembras adultas a poner huevos inyectándoles una hormona. Sus huevos se desarrollan en órbita y maduran en el entorno de microgravedad para proporcionar a los científicos una muestra de embriones que han experimentado un desarrollo temprano en microgravedad.
Las medusas luna (Aurelia aurita) sirvieron como sujetos experimentales para el experimento con medusas. Se estudiaron tanto la etapa de pólipo sedentario como la etapa de éfira de natación libre de las medusas.
El experimento PEMBSIS estudió células embriogénicamente competentes de daylily (Hemerocallis cv. Autumn Blaze).
Los adultos y las larvas de tritón se alojaron en tanques de agua tipo casete en el Paquete Acuario dentro de la Unidad de Experimentación con Animales Acuáticos (AAEU), desarrollada por NASDA, la agencia espacial japonesa. La AAEU es una unidad de soporte vital que puede mantener vivos a los peces u otros animales acuáticos durante al menos 19 días en el Spacelab. Consta de una Unidad Principal, un Paquete Acuario y un Paquete Peces, cada uno de los cuales tiene un sistema de soporte vital independiente. En IML-2, cada casete contenía un contenedor de huevos con orificios individuales para huevos (de 6 mm de diámetro, aproximadamente 12 mm de profundidad).
Se utilizó un microscopio centrífugo de rotación lenta y un sistema de cámara, Nizemi, desarrollado por DLR (anteriormente DARA), la agencia espacial alemana, para examinar y grabar en vídeo el comportamiento de las efiras y los pólipos de las medusas a hasta 15 niveles de G diferentes y a una temperatura de 28 °C (para facilitar la actividad de natación). El Nizemi permite observar muestras bajo niveles de aceleración variables entre 10–3 y 1,5 G y una temperatura controlable entre 18 y 37 °C.
Las medusas se almacenaron en las instalaciones Biorack de la Agencia Espacial Europea dentro de contenedores Biorack Tipo I. Para obtener descripciones de las instalaciones y los contenedores, consulte IML-1.
Un módulo de refrigeración/incubación (R/IM) contenía especímenes de medusas fijados. El R/IM es una unidad de retención con control de temperatura que se encuentra en la cubierta intermedia del transbordador y que mantiene un ambiente frío o caliente. Está dividido en dos cavidades de retención y puede contener hasta seis estantes que albergan el hardware del experimento. Se colocó un registrador de temperatura ambiente (ATR-4) dentro del R/IM. Para obtener una descripción general del ATR-4, consulte IML-1.
El experimento PEMBSIS utilizó hardware proporcionado por la Agencia Nacional de Desarrollo Espacial (NASDA) de Japón. Como parte del kit de cultivo celular de ciencias biológicas de la NASDA, este experimento utilizó seis cámaras de fijación de plantas (PFC) similares a placas de Petri. Las PFC se utilizaron para contener las células vegetales cultivadas para el experimento PEMBSIS. Estos contenedores están completamente sellados. Las PFC permiten que las células vegetales expuestas al vuelo espacial se fijen en órbita mediante la inserción de un fijador químico mediante una jeringa a través de un puerto de tabique.
Los cultivos celulares de PEMBSIS se prepararon aproximadamente una semana antes del lanzamiento. Se llenaron doce cámaras con un medio semisólido. Se transportaron seis al KSC y se mantuvieron en una incubadora sin luz a 22 ± 2 °C hasta que se cargaron en el transbordador. Las otras seis se utilizaron como controles terrestres.
Aproximadamente 36 horas antes del lanzamiento, se cargaron 148 huevos de tritón prefecundados en los tres casetes de la AAEU. También se cargaron cuatro tritones adultos en los casetes; dos casetes contenían un tritón cada uno, mientras que un tercero contenía dos. Agua fresca y aireada a 24 °C circulaba continuamente por la unidad. Una unidad similar se mantuvo en el KSC como control en tierra.
Veinticuatro horas antes del lanzamiento, a cuatro grupos de seis pólipos de medusas cada uno se les administró yodo en agua de mar artificial (ASW) para inducir la estrobilización de los pólipos en forma de efiras.
Poco antes del vuelo, las muestras de medusas se cargaron en un total de 10 cubetas Nizemi que contenían agua salada y se colocaron en contenedores Tipo I. Para el estudio del comportamiento, se colocaron un grupo de efiras normales y un grupo de efiras sin estatolitos en la incubadora Biorack a 22 °C. El tercer grupo de efiras se colocó en la centrífuga Biorack 1-G. Se utilizaron dos grupos de pólipos para el estudio de desarrollo. Un grupo se colocó en la incubadora y el otro en la centrífuga 1-G. Se mantuvo un conjunto similar de equipos en las instalaciones de control en tierra del KSC.
El registrador de temperatura ambiente (ATR-4) es un instrumento autónomo, alimentado por batería, de un tamaño aproximado al de una baraja de cartas. Puede colocarse en casi cualquier entorno (no es sumergible en líquidos) para registrar hasta cuatro canales de datos de temperatura. [7]
Durante los días de vuelo 6, 8 y 11, la tripulación realizó observaciones en video de los huevos de tritón para documentar el ritmo de desarrollo. La tripulación también realizó observaciones de los tritones adultos en momentos específicos. Tanto en el quinto como en el noveno día de vuelo, se encontró un tritón adulto muerto, lo que provocó la pérdida de algunos huevos debido a la contaminación. Los dos tritones adultos restantes sobrevivieron al vuelo y fueron recuperados vivos al aterrizar.
Se filmó en video una cubeta de cada grupo de éfiras y pólipos de medusas en el microscopio rotatorio/centrífuga a intervalos durante la misión para determinar el umbral G del comportamiento de natación de las éfiras. El quinto día de vuelo, se fijaron tanto los grupos de vuelo como los de control en tierra de éfiras con estatolitos que habían eclosionado en la Tierra. El día 13 de vuelo, se fijaron dos de los cuatro grupos de pólipos que habían sido inducidos por estrobilación. Las éfiras y pólipos restantes fueron devueltos a la Tierra para su análisis posterior al vuelo.
Para proporcionar una comparación entre los grupos fijados en vuelo y fijados en tierra en el experimento PEMBSIS, la tripulación fijó algunos cultivos poco antes del aterrizaje. El fijador era una solución de glutaraldehído al tres por ciento (agua de equilibrio). Cada cámara se fijó con una inyección de 20 ml de fijador.
Los casetes de vuelo que contenían los tritones se recuperaron aproximadamente seis horas después del aterrizaje. Algunas de las larvas se fijaron y se conservaron para su posterior análisis, mientras que otras se analizaron para estimar cómo el vuelo espacial afectó la ganancia del reflejo otolito-ocular y medir los volúmenes de los otolitos y las áreas de epitelios sensoriales asociados.
Se contaron, codificaron y fotografiaron las medusas vivas a partir de las cinco horas posteriores al vuelo. Se contaron la frecuencia del pulso, el número de brazos, ropalias y estatolitos en cada una de las efiras. Las que presentaban pulsos anormales se grabaron en video después del aterrizaje y nuevamente aproximadamente 24 horas después. Se permitió que algunas de las medusas de vuelo y de control formaran clones, que luego se examinaron para determinar el número de brazos y otras diferencias estructurales.
Después de recuperar las cámaras de cultivo celular PEMBSIS del transbordador, se fotografiaron, contaron y fijaron químicamente muestras de células vivas y embriones somáticos en las nueve horas siguientes al aterrizaje, antes de que se completara su primer ciclo de división en la Tierra. Se midieron y compararon los cromosomas dentro de los cultivos y entre ellos.
Según el análisis morfológico, tanto los controles de vuelo como los de tierra se desarrollaron al mismo ritmo. El análisis de las reconstrucciones tridimensionales mostró que las larvas criadas en vuelo tenían un volumen medio mayor del saco endolinfático (ES) y del conducto y un volumen medio mayor de otoconias dentro del saco en comparación con los controles de tierra de etapas similares. Además, la aparición de otoconias en el ES se aceleró considerablemente en las larvas criadas en microgravedad. [8]
Las efiras que se desarrollaron en microgravedad tuvieron un número significativamente mayor de brazos anormales en comparación con los controles terrestres y de vuelo a 1 G. En comparación con los controles, significativamente menos efiras que se desarrollaron en el espacio nadaron cuando se las examinó después del vuelo. Los pólipos que brotaron en el espacio produjeron más brotes y se desarrollaron mejor que los controles terrestres. Aunque el desarrollo a través de la gemación y la metamorfosis se desarrolló bien en el espacio, algunas medusas son aparentemente más sensibles a la microgravedad que otras, como lo demuestra el desarrollo anormal de sus brazos.
Se observaron cambios citológicos y aberraciones cromosómicas tanto en las células de vuelo fijadas en vuelo como en las fijadas en tierra. También se encontró una cantidad sustancial de células binucleadas, es decir, células que poseen dos núcleos, en las muestras de vuelo. Las muestras de control en tierra eran todas uninucleadas .
Al menos dos de los cuatro tritones adultos murieron durante el viaje. La primera muerte de un tritón se atribuyó simplemente al estrés. El segundo tritón muerto fue encontrado por Donald A. Thomas a última hora del domingo 17 de julio de 1994 mientras revisaba los tanques, sin embargo, la segunda muerte fue calificada de "peculiar" en un comentario del Dr. Michael Wiederhold, un científico en tierra. En ese momento se dijo que sería difícil sacar al tritón del tanque debido a la ingravidez, pero el animal muerto podría contaminar el tanque si se dejaba dentro. [9] Los tritones eran tritones de vientre rojo japoneses ( Cynops pyrrhogaster ). [10]
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