為深入理解這一現(xiàn)象，比利時(shí)天主教魯汶大學(xué)的生物力學(xué)工程設(shè)計(jì)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(xiàng)目。此項(xiàng)目是歐洲航天局近地軌道運(yùn)行任務(wù)的一部分。
“Freqbone”實(shí)驗(yàn)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(jìn)行為期12天的失重條件下的震動(dòng)實(shí)驗(yàn)。由于衛(wèi)星以28000km/h的速度每天繞地飛行15圈，其還會(huì)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(jì)60年代的聯(lián)盟號(hào)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(tái)，是對(duì)類似的以生命科學(xué)研究為目的的Bion飛船的補(bǔ)充。近年來，隨著生命科學(xué)和非微重力的實(shí)驗(yàn)都遷移到Foton上，Bion項(xiàng)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(yàn)（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(shí)驗(yàn)。‘Freqbone’項(xiàng)目及其實(shí)驗(yàn)測試是在Foton-M3上完成的，并且它只是在Foton-M3的14個(gè)實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)。Foton-M3有效載荷進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)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)。
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眾所周知，要獲得骨骼硬度，必須施加一定的機(jī)械載荷。然而，具體的細(xì)節(jié)仍然很大程度上是未知的。因此Freqbone衛(wèi)星試驗(yàn)的目的就是研究機(jī)械壓力和拉力對(duì)骨骼重塑的影響，以及微重力對(duì)骨骼重塑的作用。在2007年11月，F(xiàn)reqbone項(xiàng)目在Foton-M3任務(wù)中成功實(shí)施。共對(duì)12個(gè)牛小梁骨在微重力下進(jìn)行了為期14天的試驗(yàn)，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(gè)項(xiàng)目的具體目的是分析在機(jī)械應(yīng)力下和不在機(jī)械應(yīng)力下，骨骼樣品的骨吸收和骨沉淀的區(qū)別。
作為實(shí)驗(yàn)的一部分，每天有一半的牛骨將被用來做10分鐘振動(dòng)試驗(yàn)（高頻低振幅的機(jī)械振動(dòng)），并全程記錄實(shí)驗(yàn)效果。實(shí)際上，這種實(shí)驗(yàn)是在專門的加載及灌注式生物反應(yīng)器里進(jìn)行的。在微重力和輻射情況下，科學(xué)家通過對(duì)比加載和灌注樣本與不加載（只灌注）樣本在機(jī)械刺激下的效果，分析施加振動(dòng)載荷和不施加振動(dòng)載荷對(duì)牛骨的影響。實(shí)際的Freqbone實(shí)驗(yàn)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(jì)和搭建好了。Freqbone試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)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(yùn)作。
為了保證Freqbone項(xiàng)目的順利實(shí)施，費(fèi)蘭德航空中心的工程師不得不設(shè)計(jì)一個(gè)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(duì)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(yùn)行試驗(yàn)中保持均勻的溫度。對(duì)實(shí)驗(yàn)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(shí)期。這25秒的過渡時(shí)期是熱沖擊最嚴(yán)重時(shí)期，此間的太陽輻射對(duì)設(shè)備的影響也是保存箱設(shè)計(jì)時(shí)需要重點(diǎn)考慮的。
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Voxdale 選擇了嵌入到PTC Creo CAD的FloEFD軟件對(duì)骨骼保存箱的多個(gè)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行快速有效的評(píng)估，以使其合乎設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)人員還提出了由風(fēng)扇罩、散熱器、6個(gè)帕爾貼效應(yīng)裝置、兩個(gè)風(fēng)扇以及導(dǎo)熱材料構(gòu)成的散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使其適應(yīng)衛(wèi)星有效載荷周期運(yùn)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(shí)期所引起的溫度波動(dòng)。Frobone實(shí)驗(yàn)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(dòng)載荷和未施加振動(dòng)載荷的兩類牛骨和地球上的此兩類進(jìn)行了對(duì)比。 這為未來更遠(yuǎn)距離的行星間載人航天飛行提供了極有價(jià)值的參考依據(jù)。
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