Прямо сейчас на околоземной орбите разыгрывается история, очень похожая на сюжет из «Звездных войн»

Догонялки на орбите

Прямо сейчас на околоземной орбите разыгрывается история, очень похожая на сюжет из «Звездных войн»: российский военный спутник, если верить сообщениям астрономов-любителей, гонится за американским спутником-шпионом. Последний пытался сбежать, но его преследователь не отстает, и через несколько дней (если ничего не поменяется) пройдет буквально в нескольких километрах от своей «жертвы».

Эта история началась 25 ноября 2019 года, когда с космодрома Плесецк стартовала ракета-носитель «Союз-2.

1в» со спутником «Космос-2542». На следующий день Минобороны РФ объявило, что на орбиту выведен аппарат-инспектор, который может осуществлять «мониторинг состояния отечественных спутников».

Такие аппараты предназначены для сближения и изучения с близкого расстояния других космических объектами, как правило, в разведывательных целях (подробнее читайте об этом в нашем материале «Слежка в космосе»). Военные и России, и США, по всей видимости, используют такие аппараты для исследования спутников других стран, но почти никогда не признаются в этом.

Однако скрыть их маневры в космосе от телескопов астрономов-любителей почти невозможно, и именно благодаря им мы знаем о том, как это происходит. Именно любители отследили, как в прошлом спутники сближались с собственными разгонными блоками или запускали инспекторов с материнских аппаратов. Так, например, в 2017 году от «Космоса-2519» отделились «Космос-2521» и «Космос-2523».

Так же события начали развиваться и в этот раз — 6 декабря от «Космоса-2542» отделился аппарат, который, предположительно, должен был получить номер «2543». Но дальше началось нечто необычное.

Астроном-любитель Нико Янссен (Nico Janssen) обратил внимание, что плоскость орбиты, на которую был запущен «Космос-2542», меньше чем на градус отличалась от орбиты американского разведывательного спутника USA 245 (он же NROL-65, опознанный астрономами-любителями как спутник оптической разведки KH-11)


Первый KH-11 отправился на орбиту еще в 1976 году, но его модернизированные версии запускаются до сих пор. По внешнему виду эти аппараты, предположительно, похожи на телескоп «Хаббл». Новейшие версии их оптики с низкой орбиты предположительно могут обеспечить разрешение до 10 сантиметров на пиксель.

USA 245, предположительно, шестнадцатый спутник серии KH-11. Возможно, он относится к четвертой версии серии. Он был запущен в 2013 году, и уже спустя три витка астрономы-любители нашли его и по параметрам орбиты предположили его тип.

Аппарат был выведен в близкую орбитальную плоскость с однотипным USA 186, запущенным в 2005 году, скорее всего, для его замены.

Оба спутника работают на солнечно-синхронной орбите — она удобна тем, что спутник пролетает над разными участками Земли примерно в одно и то же местное время. На этой орбите находится больше тысячи аппаратов, и, например, в близкой плоскости работает индийский спутник Cartosat-3, так что первоначально речь могла идти о простом совпадении

Спутники, летающие по низкой околоземной орбите, к которой относятся оба наших героя, двигаются по близкому к кругу эллипсу. Эллипс также образует плоскость орбиты, положение которой вместе с вращением Земли показывает, над какими участками планеты пролетит спутник. Важнейшими параметрами орбиты спутника являются: перицентр — нижняя точка орбиты, апоцентр — верхняя точка орбиты, наклонение — угол между плоскостью орбиты и экватором.

Только наблюдение за поведением аппаратов могло пролить свет на их назначение. И следующий ход сделали американцы. 9 или 10 декабря USA 245 выполнил маневр, и астрономы-любители его потеряли.

USA 245 вскоре после запуска

coastal8049 / Twitter.com

Если за перемещениями российских спутников легко следить с помощью общедоступных каталогов, публикуемых NORAD, то определять орбитальные параметры американских аппаратов энтузиастам приходится самостоятельно путем наблюдений в оптическом и радиодиапазоне. На это порой уходит несколько недель.

Тем временем «Космос-2543» начал поднимать свою орбиту. Выглядело это так, будто американский спутник пытается сбежать, а российские за ним гонятся. Чтобы разобраться в ситуации, нужно было снова найти USA 245.

2 января это сумел сделать все тот же Нико Янссен. Аппарат оказался на орбите 286 × 999 километров, причем орбитальные плоскости USA 245 и «Космоса-2542» различались всего на 0,26 градуса.

Расположение спутников KH-11 по орбитам на сентябрь 2013 по расчетам Марко Лангборека (Marco Langbroek)

Впрочем, это все еще ничего не значило — параметры орбиты USA 245 не выходили за пределы обычных для спутника оптической разведки KH-11, регулярно спускающегося до высоты 250-300 километров для получения фотографий более высокого разрешения и уходящего на высоту до 1000 километров для общих снимков. Декабрьский маневр мог быть рутинным и запланированным заранее.

Все выяснилось лишь в конце января. В какой-то момент преследователь определил свои намерения.

Астроном-любитель Майкл Томпсон (Michael Thompson), опираясь на вычисленные другими энтузиастами параметры орбит, заметил, что после нескольких маневров 20-23 января «Космос-2542» оказался на орбите 369 × 915 километров (наклонения орбиты у всех упомянутых спутников близки к 98 градусам и далее специально не обозначаются), подняв ее с 368 × 857 километров.

 

Когда в Северном полушарии наступает зима, их орбита оказывается в тени для наблюдателей с Земли. Тогда «вахту» слежения за спутниками принимают на себя энтузиасты в Южном полушарии. В 2013 году, например, этим занимался всего один человек.

Поэтому весной астрономам-любителям часто приходится вновь искать спутник, изменивший за это время свою орбиту. Увлекательные поиски могут занимать несколько дней.

 

Теперь орбита «Космоса-2542» была очень похожа на орбиту USA 245 (283 × 1002 километров), причем российский аппарат синхронизировал свой орбитальный период так, чтобы американский спутник постоянно находился в области его видимости, а расстояние между ними менялось в диапазоне 150-500 километров.

Второй российский спутник, «Космос-2543», в это время летал по заметно отличающейся орбите 588 × 861 километр, очевидно, занимаясь своими делами.

Четыре маневра, синхронизирующих орбитальный период «Космоса-2542» (черный график) с USA 245 (зеленый)

Michael Thompson / Twitter

По оси ординат на графике выше отложен средний орбитальный период в секундах. Его увеличение означает, что «Космос-2542» поднял свою орбиту, увеличив высоту перицентра. А совпадение зеленой и черной линий означает, что орбитальный период у двух спутников совпадает и они находятся на очень близких орбитах.

Теперь, по словам Майкла Томпсона, говорить о случайности уже не приходилось.

 


Про «Космос-2542» известно не так уж и много. Его предположительный индекс ГРАУ 14Ф150 (проект «Напряжение») или, по другой версии, 14К167 (проект «Нивелир»), возможно, относятся к геодезическим спутникам, составляющим высокоточные карты формы и гравитационного поля Земли, которые потом могут использоваться в системах наведения боевых ракет.

В журнале «Вестник НПО им. Лавочкина» №4 за 2015 год упоминается платформа «Карат-200», подходящая в качестве носителей спутников-инспекторов. Однако неясно, имеет ли она отношение к «Космосу-2542».

Платформа «Карат-200». Иллюстрация из статьи в журнале «Вестник НПО им. Лавочкина»

Маневр был произведен в момент наибольшего сближения двух спутников, плоскости орбит совпадали, итоговые расстояния колебались от 150 до 300 километров, причем параметры орбиты были подобраны так, чтобы при выходе из тени Земли «Космос-2542» находился с одной стороны USA 245, а уходя в тень — с другой. Видимо, это было сделано, чтобы сфотографировать американский аппарат с разных ракурсов.

Но примерно в это же время USA 245, по-видимому, выполнил еще один маневр, пытаясь усложнить задачу российскому аппарату. Судя по проекции их орбитальных параметров на тот момент, минимальное расстояние сближения аппаратов должно было резко вырасти, чтобы затем, в феврале, их орбиты разошлись.

График расстояния между спутниками по расчетам Майкла Томпсона на конец января

Michael Thompson / Twitter

Но, похоже, российский аппарат сделал еще один маневр, снова выйдя на сближающуюся орбиту. USA 245 не остался в долгу, включив двигатели, скорее всего, 3 февраля. Теперь аппараты должны сблизиться примерно 24 февраля, но логично ожидать от них новых маневров.

Последний график от Майкла Томпсона от 6 февраля

Michael Thompson / Twitter

Вполне возможно, нас ждет продолжение игры в догонялки: российский аппарат будет выходить на орбиту неподалеку от американского, а тот, в свою очередь, станет уклоняться от сближения с «коллегой». Но бесконечно это продолжаться не может — каждый маневр требует топлива, запасы которого у обоих участников «гонки» сильно ограничены.

Возможность изменить свою орбиту считают в метрах в секунду. Это параметр ΔV, с помощью которого оценивают запас топлива, необходимого для соответствующего изменения скорости. Любой орбитальный маневр — подъем орбиты, торможение, смена наклонения орбиты — требуют расхода топлива и определенного ΔV. Причем, если подъем орбиты на километр требует немного — порядка 5 сантиметров в секунду, то смена плоскости орбиты на один градус — 290 метров в секунду.

Поэтому возможности космических гонщиков сильно ограничены. Аппарат, первым исчерпавший ΔV, останется без топлива и проиграет — к нему можно будет приблизиться (или от него можно будет сбежать) совершенно беспрепятственно.

Но пока можно в свое удовольствие наблюдать, как «наш» разведчик следит за «их» шпионом. С точки зрения закона в нейтральном космосе летать рядом с чужим аппаратом не запрещено, чем и пользуются спутники-инспекторы разных стран, подслушивая и подсматривая друг за другом.

Напоследок возникает вопрос: зачем «Космос-2542» гоняется за USA 245? Естественно, наибольший ажиотаж вызывает версия о готовящейся атаке против американского аппарата.

Но существующее у США, Китая, Индии, Израиля и, возможно, России противоспутниковое оружие уничтожает цель сразу, без долгого подкрадывания. Логичнее предположить, что цели у «Космоса-2542» разведывательные.

Конечно, ему сложно было бы перехватывать данные, передаваемые с USA 245 на Землю, — для этого необходимо пройти ниже американского аппарата, попав в диаграмму направленности передающей антенны.

При этом неизвестно, насколько широки диаграммы направленности наземных антенн и удастся ли с их помощью прослушивать управляющие команды, передаваемые с Земли. И все это не говоря о том, что трафик наверняка зашифрован.

Но зато «Космос-2542» может фотографировать USA 245. Конечно, у России есть станции слежения за спутниками, чьи технические параметры явно превышают возможности Ральфа Вандерберга, сфотографировавшего USA 129 с отличным качеством. Но при сближении качество фотографий будет еще выше, чем у снятых через наземную оптику.

Спутник USA 129, сфотографированный с Земли астрономом-любителем Ральфом Вандербергом

Spacecraft Astrophotography

Правда, тот же Майкл Томпсон не считает такие наблюдения особо полезными.

Но не стоит забывать и про политический фактор демонстрации возможностей российского спутники-инспектора. Четыре американских GSSAP уже несколько лет наблюдают за аппаратами других стран на геостационарной орбите, почему бы и России не показать, что она тоже на это способна?

Источник ➝

Как исправить человека. CRISPR/Cas9: новейшая система генной модификации, которая обещает изменить нашу жизнь

Фантастические, пугающие многих истории о вмешательстве в человеческий геном долгие годы оставались именно фантастическими. Практичных методов изменить ДНК, с добрыми или иными намерениями, не существовало. Но теперь такой метод есть: заимствованная у бактерий система CRISPR/Cas9 позволяет вести генетическую модификацию любых организмов с такой точностью и эффективностью, о которой прежде можно было лишь мечтать. И вот уже китайские медики объявили о планах первого целенаправленного редактирования ДНК человека.
Вмешательство в наш геном уже не фантастика. Но так ли это пугает?
photo_2018-02-12_14-33-21

Иммунитет

– естественный «иммунитет» бактерий, биохимическая система защиты от вирусов, которая требуется одноклеточным организмам, неспособным поддерживать такую сложную иммунную систему, как наша. Первые намеки на ее существование были найдены еще в конце 1980-х, когда Йошизу­ми Исино и его коллеги исследовали обыкновенную кишечную палочку, точнее говоря, один ее малопримечательный ген (iap). 

На всякий случай японцы секвенировали его последовательность вместе с участками по бокам от него: может, там будут какие-то фрагменты, участвующие в регуляции активности iap?.. Вместо этого биологи обнаружили в ДНК длинные последовательности повторяющихся, совершенно идентичных повторов длиной ровно 29 нуклеотидов. Между ними – как сухие растения между листами бумаги в гербарии – оказались «проложены» короткие фрагменты длиной по 32 нуклеотида, которые не повторялись никаким образом. 

Строение нуклеотидов / ©wikipedia

Позднее эту странную часть ДНК назвали «регулярно сгруппированные, разделенные короткие палиндромные повторы» – Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats. В остальном работы над ними надолго остановились, хотя многие ученые заинтересовались загадочными участками хромосомы, а некоторые даже рассуждали об их роли. Функциональное значение CRISPR оставалось загадкой, да и особенных прорывов никто от них не ждал: «Биологическое значение этих последовательностей неясно», – написал тогда Исино с соавторами. 

Однако во второй половине 1990-х начался настоящий бум секвенирования. Установить последовательность ДНК становилось все проще, и геномы все новых и новых организмов стали пополнять компьютерные базы данных и анализироваться со всех сторон. Таинственная – и вроде бы бессмысленная, совершенно не похожая ни на какой ген – последовательность CRISPR обнаруживалась у бактерий повсеместно. Нидерландский биолог Рууд Янсен заметил, что они всегда соседствуют с генами одних и тех же белков. Функции их тогда были тоже неизвестны, и их назвали просто «белками, ассоциированными с CRISPR» (CRISPR-Associated Proteins, Cas). 

Упрощённая схема строения CRISPR / ©wikipedia

И лишь в 2005 году сразу три группы исследователей сообщили, что уникальные участки CRISPR – это фрагменты вирусных геномов. «Тут у меня что-то щелкнуло», – вспоминал впоследствии всемирно известный биоинформатик и эволюционист Евгений Кунин. К тому времени он уже несколько лет бился над загадкой CRISPR – и, наконец, его озарило: эта ДНК может быть частью противовирусной защиты бактериальной клетки. 

Эта идея понравилась микробиологу Родольфу Баррангу, который в то время работал в компании Danisco, производящей йогурты. В этом бизнесе вирусная эпидемия среди молочнокислых бактерий способна принести серьезные убытки, и исследователь искал методы защиты от нее. Чтобы проверить гипотезу Кунина, он заразил стрептококков Streptococcus thermophilus двумя штаммами бактериофагов. Большинство бактерий погибло, однако выжившие оказались довольно устойчивы к этим вирусам. Секвенировав их ДНК, ученые подтвердили: в ней появились следы встречи.

Инструмент

Дженнифер Дудна и Блейк Виденхефт взялись за изучение структуры белков Cas: к этому моменту выяснилось, что они выполняют роль нуклеаз, то есть разрезают ДНК. Несмотря на все находки, значение открытия по-прежнему было неясным: «У вас нет никакой определенной практической цели, – объясняла Дудна работавшему в ее лаборатории Виденхефту. – Важно лишь понять, как это работает». Но по мере работы выяснились многие удивительные детали. 

CRISPR – это, действительно, нечто вроде гербария, каталог, в котором бактериальная клетка сохраняет образцы, фрагменты геномов вирусов, с которыми доводилось сталкиваться ей или ее предкам. Пользоваться этим каталогом могут специальные белки, ассоциированные с CRISPR (CRISPR-Associated Proteins, Cas). Ориентируясь на эти образцы, они быстро распознают новые вирусные гены и разрезают их, выводя из строя. 

©Depositphotos

Биолог Карл Циммер объясняет работу системы CRISPR/Cas так: «По мере того, как область CRISPR заполняется вирусной ДНК, она становится ключевой «галереей» в клетке, где представлены «портреты» микробов, с которыми бактерии доводилось встречаться. Впоследствии эта вирусная ДНК может использоваться для «наведения» точного орудия Cas-белков». 

Для этого бактериальная клетка синтезирует на сохраненных фрагментах ДНК короткие образцы, молекулы РНК. Каждый из этих РНК-«гидов» (гРНК) связывается с белком Cas, способным разрезать ДНК, подходящую под этот образец. Эти комплексы постоянно патрулируют клетку, отслеживая появление любой ДНК и сопоставляя ее с гРНК. Если совпадение есть, двойная спираль ДНК тут же разрезается на части и инактивируется. «Как только мы осознали Cas в качестве программируемых, разрезающих ДНК ферментов, произошел интересный момент, – вспоминала впоследствии Дженнифер Дудна. – Мы воскликнули: «Боже, да это же может быть инструментом!»» 

Сегодня определено целое семейство белков Cas, но наиболее изученным и освоенным оказался протеин Cas9, выделенный из бактерий Streptococcus pyogenes – возбудителей скарлатины. Именно он лег в основу новейшей методики генетической модификации живых организмов CRISPR/Cas9, методики, обещающей невиданный прорыв в биотехнологиях, сельском хозяйстве и медицине.

Палиндромы в ДНК: A. Палиндром, B. Кольцо, C. Стебель / ©wikipedia

Модификация

В самом деле, белок Cas9 – это нуклеаза, то есть фермент, разрезающий ДНК. Для любого метода генетической модификации – удаления или добавления целевых активных генов в организм – эта способность играет ключевое значение. Чтобы копировать и вставлять, нужно вырезать, причем делать это в строго определенном месте. До сих пор с точностью у генетиков были проблемы. 

Вспомним, что молекула ДНК – это, по молекулярным меркам, невероятно длинная цепочка, общая длина которой в каждой хромосоме каждой нашей клетки достигает порядка сантиметров. Разнообразием этот полимер не отличается, состоя всего из четырех разных звеньев: аденина (А), гуанина (Г), тимина (Т) и цитозина (Ц), которые повторяются миллионы и миллионы раз. Найти в этом однообразии именно нужный участок неимоверно сложно. 

Кристаллическая структура S. aureus Cas9 в комплексе с сгРНК и её целевой ДНК / ©wikipedia

Долгое время в распоряжении генетиков имелись лишь системы с нуклеазами, которые распознавали короткие участки – например, четыре нуклеотида АТЦЦ или ТГЦА, – которых на протяжении цепочки могут встречаться десятки и сотни. В результате разрезы производились в случайном из этих мест, и лишь кропотливая работа позволяла отобрать клетки, в которых этот процесс прошел в нужном участке генома. В отличие от них, вооруженный гРНК белок Cas9 распознает фрагмент длиной с эту РНК – около 20 нуклеотидов. Такие участки уже, как правило, вовсе не повторяются в ДНК даже высших организмов. 

Более того, сама структура комплекса Cas9 с гРНК определяет простоту работы с ней. Достаточно открыть в компьютере базу с ДНК нужного организма, найти фрагмент, который должен быть разрезан, и синтезировать молекулы гРНК с той же последовательностью оснований (и заменой тимина, роль которого в РНК играет урацил, У). Cas9 – нуклеазы неразборчивые и будут резать ДНК где угодно, лишь бы гРНК совпала. 

Кристаллическая структура Cas9, связанного с ДНК / ©Nature

В отличие от этого, системы генетической модификации предыдущих поколений требовали долгой работы по проектированию и синтезу ферментов-нуклеаз, способных распознавать определенные участки ДНК. Например, методы с использованием связывающихся с ДНК «цинковых пальцев» ZFN (Zinc Finger Nuclease) или белков TALEN (Transcription Activator-Like Effector Nucleases) теоретически позволяют работать с еще более длинными фрагментами ДНК. Однако для каждой конкретной задачи их приходится проектировать отдельно.  Наконец, CRISPR/Cas9 универсален по отношению к разным видам модифицируемых организмов. Метод прост и эффективен и, по крайней мере, теоретически с одинаковым успехом подходит для получения риса с повышенным содержанием витамина А или лосося, набирающего массу вдвое быстрее обычного, для внесения новых генов или замены дефектных у племенных лошадей и людей… Но прежде чем перейти к людям, давайте «потренируемся на кошках». А лучше – на мышах.

Мыши, люди и все-все-все

Представим, что нам требуется получить мышей-альбиносов, чтобы изучить, как влияет это состояние на здоровье разных систем организма у людей. Для этого следует «выключить» обе копии гена, связанного с синтезом пигмента меланина. Если мы привержены традиционным подходам к генетической модификации (кстати, по большей части тоже заимствованным у бактерий), то нам стоит запастись терпением. 

Для начала нам следует синтезировать «ген альбиносости» и получить мышиные эмбрионы на самых первых этапах развития. Затем в их ядра через тончайшую полую стеклянную иглу внести новую ДНК. В делящихся клетках происходит рекомбинация – обмен гомологичными участками хромосом – так что, трижды сплюнув, будем надеяться, что она захватит и нужный нам фрагмент. Методом проб и ошибок, бесконечными повторами и отбраковыванием мы можем получить мышей, которые получили одну копию «гена альбиносости» и оказались способны передать ее потомству. Затем, скрещивая таких животных, рано или поздно мы добьемся рождения особей с заменой обеих копий. Можно выжидать, а лучше сразу переходить на CRISPR/Cas9. 

Лабораторная мышь-альбинос / ©National Geographic

Действительно, чтобы получить тех же мышей-альбиносов, достаточно найти пограничные участки нашего целевого гена и синтезировать для них гРНК, после чего ввести в эмбрион вместе с белками Cas9 и ДНК нового гена. Подхватив гРНК, нуклеазы Cas9 разрежут обе копии гена по краям, после чего в дело включатся клеточные системы репарации, ответственные за поддержание целостности генома. 

Это чрезвычайно ответственная задача, поэтому белки репарации действуют быстро и даже грубо. Обнаружив повреждение ДНК – тем более такое опасное, как двухцепочечный разрез, – они готовы подхватить первый попавшийся кусок ДНК, буквально «затыкая» образовавшуюся брешь. Так что если в клетке окажется достаточно нужных нам фрагментов, в место, разрезанное белками Cas9, будут встроены они. 

Недаром за прошедшее с момента открытия CRISPR/Cas9 генетическая модификация совершает прорыв за прорывом. Громкое заявление китайских биологов – тому лишь один из примеров. КНР остается страной с одним из самых мягких законодательств в области генной инженерии. Даже в Великобритании, где разрешены эксперименты по применению CRISPR/Cas9 на человеческих эмбрионах, получившихся химер требуется уничтожать в возрасте не старше 14 суток. В Китае дозволяется куда больше. 

Такие работы невероятно перспективны: буквально в последние годы показано, что CRISPR/Cas9 позволяет редактировать гены даже во взрослом организме, очищая ДНК Т-лимфоцитов от заразившего их ВИЧ. А в том же Китае ученые (не слишком успешно) пытались получить эмбрионы, устойчивые к этой инфекции. Теперь же речь идет о борьбе с раком. Для этого медики планируют отредактировать ДНК тех же Т-лимфоцитов – точнее говоря, ген белка PD-1, который в норме держит их под контролем. 

Т-лимфоцит / ©wikipedia

Строение вируса иммунодефицита человека / ©wikipedia

Активный ген PD-1 блокирует способность Т-лимфоцитов атаковать собственные клетки организма и предотвращает развитие аутоиммунных заболеваний. Однако в случае рака такая способность пришлась бы очень к месту, и ученые собираются, забрав клетки у реальных онкологических больных, изменить ген PD-1 с помощью CRISPR/Cas9 (теперь мы в общих чертах понимаем, как это можно сделать). Вернув в организм эти лимфоциты, авторы ожидают, что те начнут размножаться и атаковать опухоль. 

Рак и ВИЧ – лишь пара громких примеров. Однако в будущем CRISPR/Cas9 и генетическая модификация позволят избавиться от множества других болезней. Тем более что множество тяжелейших состояний связаны с нарушением в работе всего одного гена: их, видимо, исправить будет куда проще, чем вылечить тот же рак. В отличие от них, доброта и ум, красота или спортивные способности – продукт работы массы разных генов, воспитания и других факторов среды. Так что CRISPR/Cas9 принесет лишь пользу, а использовать ее во вред вряд ли получится. Разве что просто попугать. 

Колония на Марсе к 2050 году: построит ли Илон Маск город на Красной планете

Загружается...

Картина дня

))}
Loading...
наверх