MISIÓN SÉNECA IX

Fecha de Inicio de Actividades: 11 de Febrero de 2013

Fecha de Fin de Actividades: Agosto de 2014

Fecha de Lanzamiento: Agosto 2 de 2014

Hora de Lanzamiento: 1:30 pm

Lugar de Lanzamiento: Villa de Leyva, Boyacá.

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

GRUPO DE CONVERSIÓN DE ENERGÍA Departamento de Ingeniería Mecánica

  • Director de Misión: Dr.Eng.Mec. Fabio Arturo Rojas Mora, Profesor Asociado
  • Líder de Misión: Mónica Alejandra Rodríguez Claros Ing.Mec.

GRUPO MOOSAS-C3 Departamento de Ingeniería de Sistemas y Computación.

  • Director de Misión: Ph.D. Ing.Sist. Dario Ernesto Correal Torres, Profesor Asistente
  • Líder de Equipo: M.Sc. Ing.Sist. Gilberto Pedraza García
  • Líder de Equipo: M.Sc. Ing.Sist. Juan Sebastián Urrego Escobar, Profesor Instructor

GRUPO DIEE-CMUA Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica.

  • Director de Misión: Ph.D. Ing.Elec. Johann Faccelo Osma Cruz, Profesor Asistente
  • Líder de Equipo: Ing.Elec. Jorge Mario Garzon Rey, M.Sc (EST)

GRUPO EVODEVO Departamento de Ciencias Biológicas.

  • Director de Misión: Ph.D. Blgo. Federico David Brown Almeida, Profesor Asistente
  • Líder de Equipo: Blga. Susana Marcela Simancas Giraldo, Dr. (EST)
  • Biólogo investigador: Maria Jose Pitta Paredes. Blga (EST)

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA - BOGOTÁ

Grupo de investigaciones Aeroespaciales Programa de ingeniería aeronáutica

  • Director de misión: M.Sc. Ing. Mec Jose Alejandro Urrego, Profesor Asistente
  • Líder de grupo: Yomary Angélica Betancur (EST)
  • Ingeniero investigador: Janneth Stephany Murillo (EST)
  • Ingeniero investigador: Fabio Andrés Sierra(EST)
  • Ingeniero investigador Cápsula: Manuel Quiroga
  • Ingeniero investigador recuperación: Ana María Perez
  • Ingeniero investigador recuperación: Paula Andrea Buitrago

Objetivos

Objetivo General

Construir, simular y rediseñar un cohete de transporte propulsado mediante combustible sólido en el que se pueda llevar una carga útil de 5Kg representados en un laboratorio biológico, con el fin de someterlos a un cambio de aceleración aproximado a 10 veces la gravedad de la tierra.

Objetivos Específicos

Como objetivos específicos se encuentran:

  1. Hacer los planos del cohete en un programa de diseño computacional, con sus respectivas medidas y tolerancias.
  2. Realizar un estudio del comportamiento del flujo de aire, cuando el cohete adopta ciertas aceleraciones.
  3. Construir las piezas del cohete, respetando parámetros y restricciones del diseño.
  4. Ensamblar las piezas del cohete, teniendo en cuenta el cuerpo interno que lleva consigo.

Misión Biológica:

Resumen: El envejecimiento y la longevidad, representan fenómenos complejos que han intrigado a la humanidad y a la ciencia desde varios siglos atrás, sin embargo, es hasta hace poco con la incursión de nuevas técnicas en biología molecular y el empleo de organismos modelo en este campo, que se han empezado a dilucidar los mecanismos a través de los cuales ocurren los mencionados fenómenos.Entre las muchas preguntas que restan en estos aspectos del desarrollo de organismos biológicos, el presente estudio busca validar rutas selectas de acción génicas a través de las cuales está ocurriendo la activación de los mecanismos que se traducen en longevidad en nematodos del género Caenorhabditis Elegans, bajo variación de las condiciones gravitatorias, como las que un vuelo de corta duración a bordo de un laboratorio experimental en un cohete amateur, que alcanza al menos un kilómetro de altura con respecto al nivel de lanzamiento puede proporcionar.

OBJETIVOS:

Objetivo general: Validar rutas selectas de acción génicas a través de las cuales ocurre la activación de los mecanismos que se traducen en longevidad en nematodos del género Caenorhabditis Elegans, bajo variación de condiciones gravitatorias en un vuelo de corta duración.

Objetivos específicos:

  • Evaluar e identificar las consideraciones del montaje experimental de muestras a bordo del vehículo aeroespacial que será proporcionado por Proyecto Uniandino Aeroespacial(PUA).
  • Estructurar y diseñar el modelo experimental Biológico bajo el que se evaluara el
  • estímulo de variación gravitacional.
  • Adquisición, manutención y Preparación de cepas de C. Elegans para emplear durante las simulaciones y en el lanzamiento final del cohete.
  • Simulación previa de condiciones esperadas bajo el tratamiento de vuelo de corta
  • duración en los laboratorios de la universidad.
  • Ensayos previos de ensamblaje, montaje y rescate de muestras sobre el laboratorio
  • experimental real que irá al interior del cohete.
  • Elaboración de protocolos de trabajo en campo y experimentación posterior al
  • vuelo.

Consideraciones del montaje experimental a bordo: Los integrantes y líder la de la misión SÉNECA IX del proyecto PUA, concibieron el diseño del laboratorio experimental que se implementará a bordo del cohete amateur. El contenedor consiste, en un artefacto cilíndrico de fácil manipulación, con dos pisos de 19 pozuelos cada uno. disponibles para albergar los especímenes de estudio, según se muestra en la Figura 1.

El vehículo aeroespacial suministrado por el grupo PUA (SÉNECA IX), deberá cumplir con los siguientes requerimientos para llevar a cabo la misión con carga biológica propuesta en este documento: 1. Contar con un laboratorio experimental especialmente diseñado para garantizar la supervivencia y fácil recuperación de los nematodos que serán sometidos a vuelo:

Manufactura de discos traslucidos para contener los sujetos experimentales a base de materiales no metálicos.

Hermetismo del montaje para evitar contaminación cruzada entre individuos y contaminación proveniente del ambiente externo. - Esterilización por UV.

3 Niveles o discos con 12 pozos cada nivel. Número total de pozos disponibles para albergar sujetos experimentales: 36 pozos.

4 genotipos distribuidos: 4 x 8 = 32 pozos ocupados. 2 Pozos con cámaras. El tamaño mínimo de pozos por disco: 1 cm de Diámetro. Espacio focal adecuado para electrónica de sensores y cámaras microscópicas; así como también disposición del disco más superficial para lograr la iluminación adecuada para el uso de las cámaras.

Sensores de estado que permitan monitorear variaciones en aceleración y temperatura al interior del vehículo.

Temperatura óptima para manutención de nematodos:16 – 20°C Temperatura Letal 35°C Sensor de Aceleración: Mínimo esperado de 6 a 7 G Mantener condiciones de presión constante La capsula tendrá una masa máxima de 5 kg. Se construirán 6 discos con 72 pozos en total, cada disco contará con 12 pozos, 3 de estos encajaran y estarán asegurados a la capsula, los otros 3 serán de control en tierra. La capsula será hermética, estará fabricada en acero con sus respectivas tapas, también contará con 3 compartimentos, 2 para electrónica y 1 para el los discos. La capsula encajara perfectamente en el fuselaje.

Desarrollo del Proyecto:

Misión biológica

En colaboración con el Proyecto Uniandino Aeroespacial (PUA), perteneciente a la facultad de Ingeniería de la Universidad de los andes, y el Laboratorio de Biología del Desarrollo Evolutiva (Evodevo), del departamento de Ciencias Biológicas, también de la Universidad de los Andes, se planteará implementar un laboratorio experimental a bordo de un cohete amateur no tripulado, capaz de alcanzar al menos 1 kilómetro de altura con respecto al nivel del lanzamiento [4], a fin de someter nematodos del género C. Elegans a condiciones de hipergravedad durante un corto periodo de tiempo, para examinar y validar rutas selectas de acción génicas a través de las cuales está ocurriendo la activación de los mecanismos que se traducen en longevidad en los nematodos del mencionado género.

La longevidad con variaciones en las condiciones gravitacionales, ha sido explorada con anterioridad por otros grupos de investigación, incluyendo experimentos llevados a cabo por la NASA, como el ICE-FIRST (International Caenorhabditis Elegans Experiment First). Los experimentos hasta la fecha concluyen, que existe una alta dependencia de controles poligenéticos, que actuando en conjunto y de forma sincronizada, resultan en un aumento en el tiempo de supervivencia de los individuos C. elegans estudiados en esas oportunidades [1]. En particular, C. Elegans, demostró longevidad por acción de componentes de las rutas de expresión génicas asociadas con señalización endocrina, percepción sensorial y señalización neuro-muscular [1, 2 ,3]. Sin embargo la validación de ciertos genes involucrados en las mismas, aún se encuentra pendiente.

Los genes candidatos a indagar en este estudio, están involucrados con la activación del factor de transcripción del gen daf-16, cuya acumulación en el núcleo celular induce longevidad en C. Elegans, esperando que para estos genes sean relevantes los cambios gravitacionales que pueden ocurrir durante un vuelo de 22 segundos de duración. Una de las rutas, a través de las cuales ocurre la activación del gen daf-16, incluye la expresión del gen MEC-4, que codifica para la síntesis de proteínas que constituyen el canal de recepción de iones involucrado en la respuesta mecano-sensorial de C. Elegans, DEG/ENaC [5, 6]. Este canal, que está asociado a neuronas receptoras al tacto, hace parte de un juego de tres factores capaces de traducir las fuerzas hípergravitacionales en señales biológicas, vía rutas de expresión génica [6], haciéndolo un candidato adecuado para validar si en efecto la respuesta observada en función del cambio gravitacional puede estar ocurriendo a través de esta ruta (Imagen 1).

center

Imagen 1: Modelo de activación del factor de transcripción daf-16 con respecto a la posible acción de los genes pmk-1 y mec-4 bajo efectos de vuelo a corto plazo.

Otra opción que será abordada, es verificar si el estrés impuesto por la manipulación de los individuos y el vuelo, está contribuyendo a través de una ruta adicional a la activación del factor de transcripción daf-16. Como puede apreciarse en la imagen 1, la ruta de expresión asociada al gen PMK-1, puede servir como indicador de estas variables, dado que su activación puede ocurrir por cualquiera de estos incentivos. Normalmente, el gen PMK-1 codifica para una característica a partir de la cual puede identificarse a los individuos de avanzada edad en C. Elegans, la respuesta inmune y propensión a enfermedades en los individuos, conforme su edad aumenta [7]. La longevidad puede ser evaluada con relación a estos parámetros y en términos de diferenciales de expresión de daf-16. Un experimento adicional se llevará a cabo para valorar los efectos del vuelo sobre ciclo vital de C. Elegans. La expresión del gen daf-16, es relevante también a la inducción de estadios latentes (Dauer), que aumentan la resistencia de estos gusanos cuando las condiciones del hábitat se vuelven adversas. Durante estos estadios, el metabolismo de los individuos se reduce drásticamente, así como también la velocidad con la que envejecen [8]. El tratamiento de vuelo que será impuesto, proporcionará una oportunidad para evaluar comportamiento de las rutas de expresión propuestas con anterioridad en este ámbito. Por otro lado, el laboratorio experimental a bordo, contará con cámaras que permitirán observar la actividad de individuos selectos durante todo el viaje (22 segundos de vuelo). Con este registro de datos, se tendrá un record de la actividad conductual de los nematodos que podrá ser examinado posteriormente para identificar si existen cambios significativos en su conducta habitual. Como resultado final, un modelo que describa la expresión génica de las rutas validadas que involucran la acción de los genes estudiados tras ser expuestos a las variaciones por el vuelo será propuesto, así como también se reportarán los resultados obtenidos con respecto a los estudios realizados en el ámbito comportamental y de formación de estadios de resistencia (Dauer), bajo las condiciones experimentales propuestas.

Vehículo

Para la realización de este diseño se tuvo en cuanta el proyecto realizado por una estudiante de ingeniería de la Universidad de los Andes, tomando como apoyo sus dimensiones y simulaciones, realizando las respectivas optimizaciones para lograr el objetivo de este lanzamiento. Para la realización de esta simulación en el software de cohetería, se debe trabajar primero en un software de diseño virtual (en este caso CATIA), ya que este nos muestra datos valiosos para llevar a cabo su elaboración.

Diseño y Simulaciones

El vehículo que en un principio se esperaba construir para esta misión consta de una sola etapa de un motor Kappa Delta Uniandes. La parte inferior contenía tres aletas y la nariz tenía una geometría elíptica. La longitud del fuselaje era de un metro y la nariz era de aproximadamente 30 cm, dando una altura total aproximada de 1.3m. La distribución del espacio se planteó como se muestra en la Imagen 1.

center

Imagen 2. Ensamble final vehiculo.

El prototipo contaba con dos dispositivos diseñados para la movilización de carga. Uno de estos se encarga del almacenamiento del sistema electrónico de transmisión de datos y de ignición, y el segundo de estos se encarga de transportar la carga útil que se desplaza. El sistema de recuperación dispuesto constaba de un paracaídas con geometría en domo, que sería liberado mediante un pistón. Dentro de este pistón se ignitaría cierta cantidad de pólvora que movería la parte superior o pistón móvil desplazando la ojiva del vehículo y liberando el paracaídas. Es necesario resaltar que el paracaídas solo se colocaba con intención de la recuperación de las dos cargas descritas previamente. El sistema de comunicación e ignición iba dispuesto en una cámara especial al igual que la carga útil y solamente estas dos cámaras iban conectadas al paracaídas. Una vez el sistema hubiese sido desplegado se activaría una bomba de humo que permitirá el rastreo de los elementos una vez llegasen a tierra. Esta bomba de humo hacía parte del sistema de recuperación del vehículo.

La Imagen 3 muestra la trayectoria que se esperaba recoría el prototipo inicial una vez se realizaba el lanzamiento.

center

Imagen 3. Simulación de la trayectoria de vuelo del vehiculo.

La siguiente gráfica (Imagen 3) muestra los datos obtenidos en la simulación de altura, aceleración y empuje durante el vuelo hasta el apogeo. La gráfica diferencia el tiempo en el cual se finaliza la quema de combustible en el motor (Burnout). El punto máximo de empuje se da antes del primer segundo de quema y la aceleración máxima alcanzada por el vehículo es de 400 ft/s2 que equivalía a 12 veces la aceleración de la gravedad de la tierra.

center

Imagen 4. Resultados de la simulación de a) altitud, b) aceleración y c) empuje del motor-cohete del vehiculo.

Construcción y Ensamblado

Montaje general del vehículo y lanzadera

center

Imagen 10: Diseño gráfico exterior

Registro Audiovisual:

Haga clic aquí para ver el video de esta misión

Para mostrar este contenido es necesario el Plugin Adobe Flash. Para mostrar este contenido es necesario el Plugin Adobe Flash.
01.jpgcohete.jpg
02.jpg03.jpg
04.jpg06.jpg
07.jpg11.jpg

Resultados y Conclusiones:

:!: Esta actividad no se ha finalizado hasta el momento :!:

Referencias:

[1] Szewczyk NJ, Tillman J, Conley CA, Granger L, Segalat L, Higashitani A, et al. 2008. Description of international caenorhabditis elegans experiment first flight (ice-first). Advances in space research : the official journal of the Committee on Space Research (COSPAR) 42:1072-1079.

[2] Honda Y, Higashibata A, Matsunaga Y, Yonezawa Y, Kawano T, Higashitani A, et al. 2012. Genes down-regulated in spaceflight are involved in the control of longevity in caenorhabditis elegans. Sci Rep 2.

[3] Jamal R, Nurul-Faizah J, Then SM, Szewczyk NJ, Stodieck LS, Harun R. 2011. Gene expression changes in space flown caenorhabditis elegans exposed to a long period of microgravity. Gravitational and Space Biology 23.

[4] Universidad de los Andes. 2013. Misión séneca IX. Proyecto uniandino aeroespacial (pua). Disponible en: https://pua.uniandes.edu.co/doku.php?id=misiones:mision16files/420/doku.html.

[5] Chatzigeorgiou M, Grundy L, Kindt KS, Lee W-H, Driscoll M, Schafer WR. 2010. Spatial asymmetry in the mechanosensory phenotypes of the c. Elegans deg/enac gene mec- 10. Journal of Neurophysiology 104:3334-3344.

[6] Kim N, Dempsey CM, Kuan C-J, Zoval JV, O'Rourke E, Ruvkun G, et al. 2007. Gravity force transduced by the mec-4/mec-10 deg/enac channel modulates daf-16/foxo activity in caenorhabditis elegans. Genetics 177:835-845.

[7] Youngman MJ, Rogers ZN, Kim DH. 2011. A decline in p38 mapk signaling underlies immunosenescence in caenorhabditis elegans. PLoS Genet 7.

[8] Matsumoto M, Accili D. 2005. All roads lead to foxo. Cell metabolism 1:215-216.

[9] Urrego, Peña, J. A. (2009). Investigaciones en cohetería experimental Misión Séneca: lanzamiento del cohete AINKAA-1. Bogotá, 2009 Tesis (Ingeniería Mecánica). Universidad de los Andes. Facultad de Ingeniería. Departamento de Ingeniería Mecánica

[10] Jiménez, A. Proyecto (2003) Diseño y simulación de un cohete con carburante sólido. Bogotá, 2003 Proyecto de grado (Ingeniería Mecánica). Universidad de los Andes. Facultad de Ingeniería. Departamento de Ingeniería Mecánica.

[11] Molinares, S. Proyecto (2007) Construcción de un cohete amateur triton II. Bogotá, 2007 Proyecto de grado (Ingeniería Mecánica). Universidad de los Andes. Facultad de Ingeniería. Departamento de Ingeniería Mecánica.

[12] Duque, M. Proyecto (2011) CONSTRUCCIÓN Y LANZAMIENTO DE UN COHETE DE DOS ETAPAS CON ALCANCE SUB-ESTRATOSFÉRICO, MISIÓN SÉNECA III. Bogotá, 2011 Proyecto especial de pregrado (Ingeniería Mecánica). Universidad de los Andes. Facultad de Ingeniería. Departamento de Ingeniería Mecánica.

UNIVERSIDADES

PATROCINADORES COMERCIALES Y CORPORATIVOS

GRUPOS DE INVESTIGACIÓN

misiones/mision16.txt · Última modificación: 2014/10/08 11:02 por farojas
Facultad de Ingeniería - Universidad de los Andes
CC Attribution-Noncommercial-Share Alike 3.0 Unported
Valid CSS Driven by DokuWiki Recent changes RSS feed Valid XHTML 1.0