הכלבה לייקה לא היתה בעל החיים הראשון ששוגר לחלל בראשית ימי מבצעי החלל
צעדים ראשונים
במסגרת תכניותיה הצבאיות שילבה ארצות־הברית גם מחקרים ביולוגיים. ב־9 ביולי 1958 שוגר לחלל עכבר באמצעות המשגר ונגרד־אייבל. העכבר צויד במכשיר לבדיקת פעימות הלב. ב־23 ביולי שוגר עכבר נוסף, ריקי שמו, על־ידי המשגר תור. העכבר צויד במזון לשישה שבועות ולגופו הוצמדו אלקטרודות.
באוגוסט 1958 שיגרה ברית־המועצות משגר חד־שלבי לגובה 400 ק”מ ובו שני כלבים שנסגרו הרמטית בתא מיוחד. בתא היו מתקן מיוחד לטיהור אוויר ומצלמת קולנוע. לגופם של הכלבים הוצמדו מכשירי מדידה רגישים למדידת הדופק, תכיפות הנשימה, לחץ הדם ופעולות חילוף חומרים במהלך הטיסה. כאשר המשגר נסק לגובה של 450 ק”מ, תא החלל ניתק ממנו, מהירותו הואטה על־ידי שתי רקטות בלימה ונפתחו שני מצנחים שהחזירו את הכלבים בשלום.
באותה שנה שיגרה ארצות־הברית שלושה עכברים במשגר דו־שלבי תור-אייבל לגובה 1000 ק”מ כדי לבדוק את התנהגותם בתנאים של חוסר משקל. כאשר המשגר עבר מעל גובה 6,000 ק”מ במהירות של 25,000 קמ”ש הוא התרסק עם מטענו החי.
ב־3 באוקטובר 1958 שיגר חיל האוויר האמריקני שלושה עכברים במשגר אטלס. לאחר שהמשגר הגיע לגובה מעל 1,000 ק”מ, התא עם העכברים שב ארצה ונפל לאוקיינוס האטלנטי, צפונית לאי אסונסיון. את התא אספה אנייה לאחר ששני מטוסים קלטו את אותות הרדיו ששודרו מהתא. כל אחד מהעכברים היה סגור בקופסה גלילית שממדיה 40 ס”מ וקוטרה 15 ס”מ. בכל תא היה מזון לחמישה ימים ומכשירים למדידת הדופק וקצב הנשימה.
ב־12 בדצמבר 1958 שיגרה ארצות־הברית, באמצעות המשגר יופיטר, קוף קטן בשם גורדו. על־פי התכנית, תא החלל נושא הקוף אמור להשתחרר מהמשגר בגובה 480 ק”מ ולנחות 15 דקות לאחר השיגור. בשל תקלה במנגנון ההפלטה הקוף עבר מרחק של 2,400 ק”מ ושקע במצולות דרום האוקיינוס האטלנטי. חרף זאת הקוף העביר לחוקרים נתונים חשובים על תאוצה גדולה וחוסר משקל שמהם לא סבל בכלל, דופק, לחץ הדם, נשימה, תגובות של מיתרי הקול, חום ולחץ בתא. הקוף שכב בתא כשרגליו כפותות.
ב־28 במאי 1959 שגרה ארצות־הברית את הקופות אייבל ובייקר לחלל במטרה להחזיר אותן חיות ארצה. נוסף לקופות היו בתא רקמות אורגניות וביצי דגים. תפקידן היה לספק נתונים נוספים על השפעת הקרינה הקוסמית על ועל כושר ההפריה. הניסוי הסתיים בהצלחה.
ב־13 ביוני 1959 שיגרה ארצות־הברית ארבעה עכברים שחורים בתא החלל דיסקאברר 3. בשל תקלה טכנית, במקום להיכנס למסלול הרצוי נפל התא למצולות הים. ניסיון דומה שהוכתר בהצלחה נערך ב־4 בדצמבר 1959 באמצעות המשגר ליטל ג’ו 2, ובו קוף רזוס בשם סם. המשגר נסק לגובה 320 ק”מ.
ב־31 בינואר 1961 שוגרה החללית מרקורי 2 ובה קוף שימפנזה בשם האם, לטיסה תת־ מסלולית. מטרת הטיסה הייתה לבדוק אם ניתן להחזיר חללית גם במקרה שאסטרונאוטים מאבדים את הכרתם.
צרפת
ב־22 בפברואר 1961 שיגרה צרפת מבסיס קולומב בשאר אשר באלג’יר תא בשם וורוניק ובו עכברוש לגובה 150 ק”מ. התא נפל 45 ק”מ ממקום השיגור. מטרת השיגור הייתה לבדוק את שיווי משקלם של בעלי חיים במהלך טיסה באמצעות מדידות מרחוק. לגוף העכברוש הוצמדו אלקטרודות רבות אשר שִדרו נתונים רבים על השינויים בזרמים החשמליים במוח ובשרירי העכברוש.
ב־7 במאי 1967 שיגרה צרפת קופה בשם מרטין. מטרת החוקרים הייתה לבדוק את מידת הערנות ותיאום הגפיים של בעל חיים הנתון במצב של חוסר משקל ואת מוחה של הקופה. תשע דקות לאחר השיגור הגיעה הקופה לגובה 240 ק”מ ולאחר 12 דקות נוספות נחתה.
ברית־המועצות
ספוטניק 2
ב־3 בנובמבר 1957 שוגרה החללית ספוטניק 2 למסלול שמרחקיו מכדור הארץ היו 233 -1700 ק”מ. משך הקפה 103.7 דקות וזווית הנטייה 65 מעלות. משקל החללית 508 ק”ג ואורכה 22 מטר. בחללית זו שוגרה כלבה בשם לייקה. מטרת השיגור הייתה לאסוף נתונים על תנאי החיים בחלל. זאת מתוך מגמה להכשיר את הקרקע לשיגורה של חללית מאוישת. החללית לא נותקה מהשלב העליון של המשגר ונכנסה אתו למסלול. המשקל הכולל היה 3.2 טון.
החללית הייתה בנויה משני חלקים. הראשון היה העתק מדויק של ספוטניק 1. השני היה תא מיוחד בשביל הכלבה. לאיקה הוכנסה לתוך רתמה מיוחדת. לגופה הוצמדו מכשירי מדידה שונים שנועדו למדוד את דפיקות הלב, לחץ הדם, קצב הנשימה ועוד. על ראשה של הכלבה הותקן מכשיר מיוחד שאִפשר לה לנשום באופן תקין ולאכול. שידורי הטלמטריה של פעילות הכלבה הוכיחו שתנאי חוסר המשקל אינם משפיעים עליה לרעה. 100 שעות לאחר השיגור התרוקנו המצברים והכלבה הומתה ללא ייסורים על־ידי אות אלחוטי מהקרקע. ב־14 באפריל 1958 נכנסה החללית לאטמוספירה ונשרפה.
קוראבל ספוטניק 1
ב־15 במאי 1960 שודרה החללית קוראבל ספוטניק 1. מסלול החללית היה 312- 369 ק”מ, משך הקפה 91.2 דקות וזווית הנטייה 65 מעלות. מטרת השיגור הייתה לחקור את התנאים הנחוצים לפתרון שאלת החזרתה של חללית מאוישת ארצה בשלום. בחללית היה תא ובו רקמות אורגניות, מספר קטן של בעלי חיים, בובה דמוית אדם וכל הציוד הדרוש להבטחת מהלך חיים תקין של אסטרונאוטים. משקל החללית היה 4.5 טון. החללית טסה במסלול המתאים לטיסה מאוישת. החוקרים ניסו להחזיר את התא ב־19 במאי ארצה. הניסיון נכשל. מנועי הבלימה פעלו בכיוון ההפוך והתא הועבר למסלול מרוחק יותר.
קוראבל ספוטניק 2
ב־19 באוגוסט 1960 שוגרה קוראבל ספוטניק 2. החללית הקיפה את כדור הארץ במסלול שמרחקיו מהקרקע 306 – 339 ק”מ, משך הקפה 90.7 דקות וזווית הנטייה 65 מעלות. משקל החללית היה 4.6 טון. כעבור 11 הקפות ב־20 באוגוסט הוחזרה החללית ארצה באמצעות מערכת רדיו אלקטרונית. באשר למערכת זו היא מילאה שלוש משימות שהוטלו עליה.
1. הנחייה מרחוק – משימה זו בוצעה באמצעות אות ממרכז המטרה שהביא לנחיתה רכה של התא.
2. צילומי טלוויזיה – משימה זו באה לידי ביטוי בצילומן של הכלבות שהיו בתא.
3. ביצוע מדידות מרחוק – משימה זו באה לידי ביטוי בבדיקת מצבן הפיזיולוגי של הכלבות שהיו בתא: סטריאלקה וביאלקה. המעקב אחר הכלבות נעשה באמצעות טלוויזיה והתוצאות נרשמו על סרט. אלקטרודות שהיו צמודות לגופן וציוד מיוחד שהיה גם הוא צמוד אליהן, רשמו את התגובות שלהן.
משימה לא פחות חשובה הייתה בדיקת השפעתה של הקרינה הקוסמית על בעלי חיים. לשם כך שוגרו בנוסף לכלבות גם חולדות, עכברים וזבובים. כמו הכלבות גם אלה הרגישו בטוב. פטריות קטנות, צמחי ים זעירים וזרעי צמחים שונים. תנאי חיים הדומים לאלה השוררים על כדור הארץ נוצרו בחללית במהלך הטיסה.
קוראבל ספוטניק 3
ב־1 בפברואר 1960 שוגרה קוראבל ספוטניק 3. החללית הקיפה את כדור הארץ במסלול שמרחקיו מהקרקע 180 – 249 ק”מ, משך הקפה 88.5 דקות וזווית הנטייה 65 מעלות. משקל החללית 4.563 טון. מטרות השיגור היו:
1. להמשיך במחקר על התנהגות בעלי חיים בתנאי חיים בחלל. בחללית היו שתי כלבות, פאצ’ולקה ומושקד, חרקים וצמחים. תצפיות על התנהגותם של בעלי החיים אשר בוצעו בעזרת רדיו טלוויזיה ושיטות טלמטריות, הראו כי בעלי החיים עמדו בשינויי התאוצה, בזמן הכניסה למסלול. הטמפרטורה ולחץ האוויר היו תקינים ומצבם של בעלי החיים היה תקין.
2. מחקר בפיזיקה של החלל נעשה באמצעות ציוד מתאים.
ב־3 בדצמבר הרוסים ניסו להחזיר את החללית ארצה. הכניסה לאטמוספירה לא בוצעה כראוי והחללית נשרפה עם בעלי החיים שהיו בתוכה.
קוראבל ספוטניק 4
ב־9 במארס 1961 שוגרה קוראבל ספוטניק 4. החללית הקיפה את כדור הארץ במסלול שמרחקיו מהקרק 184 – 249 ק”מ, משך הקפה 88.6 דקות וזווית הנטייה 65 מעלות. משקל החללית 4.563 טון. לאחר הקפה אחת הוחזרה החללית ארצה עם בעלי החיים שבה מטרתה העיקרית של הטיסה הייתה בדיקת ההשפעה הקוסמית על בעלי חיים. בעלי החיים שנכללו בטיסה היו הכלבה צ’רנושקה. חזיר ים ועכבר שחור. מצבם הפיזיולוגי של בעלי החיים נמצא תקין ומערכות הטלוויזיה והרדיו פעלו כראוי.
קוראבל ספוטניק 5
ב־25 במארס 1961 שוגרה קוראבל ספוטניק 5. החללית הקיפה את כדור הארץ במסלול שמרחקיו מהקרקע 178- 247 ק”מ, משך הקפה 88.4 דקות וזווית הנטייה 49 מעלות. משקל החללית 4.563 טון. היא הקיפה את כדור הארץ פעם אחת. החללית המשיכה את המחקר של קודמותיה ובתא שהיה בה היו כלבה בשם סוורדלוקה ובובה דמוית אדם.
קוסמוס 110
ב־22 בפברואר 1966 שוגרו שני כלבים אטארוק ואוגולאק, למשך 22 יום. החללית הקיפה את כדור הארץ במסלול שמרחקיו מהקרקע 287 – 907 ק”מ, משך הקפה 96 דקות. מטרות הטיסה היו:
1. לחקור אפשרות שיגורו של צוות אסטרונאוטים גדול לשהייה בתחנת חלל.
2. לערוך מחקר מקיף של פעולת הלב ומערכת כלי הדם כולה בתנאים של חוסר משקל. לצורך זה הוצמדו לכלבים מכשירים למדידת לחץ הדם, זרמי החשמל, בעזרת אלקטרודות שנשתלו בלִבם, פעולתו המכנית של הלב, הדופק והנשימה.
3. בעצבים ההיקפיים נשתלו אלקטרודות למדוד את פעילותם של מרכזי המוח המפקחים על קוטרם של כלי הדם.
הכלבים קיבלו את מזונם מבקבוקים פלסטיים שסיפקו את המזון בהפעלה של לחץ אוויר. מזון בצורת משחה הוכנס לגופם דרך פתחים שנפתחו מהחוץ לתוך קיבותיהם.
ב־26 בפברואר נערך שידור טלוויזיה של שלוש דקות. לאחר שהייה ממושכת בחלל, 330 הקפות ב־16 במארס חזרו הכלבים ארצה כשהלב שלהם פועל בקצב מוגבר. משקלם ירוד, שריריהם רופפים ובגופם כמות גדולה של קלציום. מחזור הדם חזר לתקנו כעבור 3 – 4 ימים ותנועותיהם כעבור 8 – 10 ימים.
קוסמוס 605
ב־31 באוקטובר 1973 שוגרה מעבדה ביולוגית – קוסמוס 605. החללית שהתה בחלל 22 יום עד 22 בנובמבר שנה זו. בחללית היו עשרות עכברי מעבדה, צבים, חרקים ובקטריות. מהניסיונות שנערכו בבעלי החיים בפרק הזמן שהחללית שהתה בחלל התברר שחלה החמרה ניכרת בחילוף החומרים ברקמות של בעלי חיים אלה. ירידה בטמפרטורה של הגוף, פגיעה במוח העצמות והחלשתן. לא חלו שינויים פתולוגיים בבעלי החיים. המסקנה אליה הגיעו החוקרים הייתה כי שהייה ממושכת בחלל עלולה להשפיע באורח חמור על חילוף החומרים של אורגניזמים חיים.
התברר כי אין שינויים גנטיים ואין שינויים בגודל בין הדור הראשון לבין הדור השני של פרפרי dropsophila fruit flies . תרבית של חיפושיות לא השתנתה במעבר שלה מביציות לגלמים. לעומת זאת פטריות שגדלו בחממה מיניאטורית, שורשיהן היו גדולים מהרגיל וגבעוליהן היו עגולים יותר.
החללית בדקה גם שיטת הגנה לחלליות מפני חלקיקים טעונים- פרוטונים וחלקיקי אלפא – ביצירת שדה חשמלי מסביב לחללית והרחקת החלקיקים.
ארצות־הברית
Biosatellite 1
החללית הראשונה בסדרת Biosatellite שוגרה ב־15 בפברואר 1960. מטרת השיגור הייתה לבדוק את השפעת השהייה בחלל על בעלי חיים. בחללית היו 13 מיליון חרקים ובעלי חיים נחותים אחרים. החללית אבדה בחלל. כישלונה לחזור ארצה היה בשל פעולה לקויה של מנועי הבלימה.
2 Biosatellite
תנאי חוסר המשקל בחלל עלולים להגביר את השפעת הקרינה על התא החי כמעט פי ארבעה ולכן יש להגדיר מחדש את תחום הביטחון של חשיפת אדם לקרינה רדיואקטיבית בחלל. זו הייתה אחת המסקנות מ־13 ניסויים שונים שנערכו בחללית 2 Biosatellite ששוגרה למסלול סביב כדור הארץ ב־6 בספטמבר 1967 ובה בעלי חיים ירודים והיא הוחזרה לאחר שלושה ימי טיסה שבהם הקיפה את כדור הארץ 30 שעות ולא 45 כפי שתוכנן. תנאי מזג אוויר קשים באתר הנחיתה המיועד הביאו להפסקת הטיסה.
מתוך 200 ניסויים מוצעים נבחרו 13 ניסויים בצמחים, חיידקים ובעלי חיים שונים להטסה בחללית. זו פעם ראשונה שניסויים מסוג זה נערכו במקביל לניסויי בקרה על פני כדור הארץ. במהלך הטיסה הועמדו תאים ובעלי חיים בתנאי טמפרטורה וקרינה הזהים לאלה ששררו בחללית. באופן זה אפשר היה להבדיל בין ההשפעות הנובעות מקרינה לבין השפעות שמקורן בחוסר משקל.
נמצא כי השפעת הקרינה ניכרת בעיקר על תאים צעירים המתחלקים ומתרבים במהירות. תאים בוגרים ויציבים מושפעים פחות מהקרינה. לעומת זאת נמצא כי תהליכי ההתחלקות וחילוף החומרים בתאים צעירים נעשים אִטיים יותר במצב של חוסר משקל. הסיבה לכך היא שלתאים אלה יש שהות לתקן נזקי קרינה. בתא הבוגר, שבו אין האטת תהליכים בשל חוסר משקל, אין אפשרות לתיקוני נזקים כאשר אלה מתרחשים.
בזבובונים שהוטסו בחללית התגלה גידול ניכר במספר המוטאנטים יחסית לניסויי הבקרה על כדור הארץ. התגלו גם שינויים בכרומוזומים הנוטים להופיע רק לאחר הקרנה בכמות גדולה מאוד. מכאן הסיקו כי מצב של חוסר משקל עלול להחמיר את נזקי הקרינה. תופעות דומות התגלו גם אצל חיפושיות וצרעות שהיו בחללית. החיידקים התפתחו מהר יותר בתנאי חוסר משקל מאשר על כדור הארץ. לעומת זאת חל עיכוב בהתפתחותם של וירוסים שהוטסו בחללית. השפעת הקרינה על צמחים לא הייתה גדולה ביותר. בשל כוח המשיכה חלו שינויים בכיוון הצמיחה של עלים, גבעולים ושורשים. בבדיקות של הכרומוזומים לא נמצאו שינויים לעומת הצמחים שבניסויי הביקורת.
בבדיקת התפתחותן של ביצי צפרדעים בתנאי חוסר משקל חלה תקלה טכנית. קיים שלב רגיש במיוחד בהתפתחותם של ביצי צפרדעים ובמעבדה התקבלו תוצאות קשות. אם התפתחה הפרעה בשלב זה הופיעו בין היתר צפרדעים בעלי שני ראשים ואילו בניסויים בחללית חל עיכוב של שלוש שעות בהמראה וכך הוחמץ השלב הקריטי בהתפתחותם של הביצים.
לסיכום אפשר לומר שהאורגניזם נעשה רגיש יותר לקרינה במצב של חוסר משקל. החללית הוחזרה בעזרת מטוסי חיל האוויר האמריקני בקרבת הונולולו.
Biosatellite 3
הבדל ניכר קיים בין טיסתה של 2 Biosatellite לזו של Biosatellite 3. בעוד שבטיסה השנייה נוסו בעלי חיים ירודים, בטיסה השלישית נוסה בעל חיים קרוב לאדם – קוף. מטרת הטיסה הייתה לבדוק את התנהגותו של הקוף במשך 30 יום בתנאי חלל. מהתנהגות זו רצו ללמוד איך ינהג האדם בנסיבות דומות. המטרה העיקרית הייתה לקבוע מה תהיה השפעת חוסר המשקל על בני אדם השוהים בחלל תקופה ממושכת.
הקוף שוגר במשגר תור דלתא ב־29 ביוני.1960. היה עליו להקיף את כדור הארץ 469 פעמים, במשך 30 יום. הקוף ששמו בוני הולבש בחליפת חלל עשויה מניילון והיה צמוד לספה של אסטרונאוטים. בטיסה זו ניתן היה ללמוד על התנהגותם של בני אדם בחלל יותר מאשר בטיסות קודמות ומאוישות. זה נבע מכך שהחללית הייתה מצוידת במספר גדול יותר של מכשירים. לקוף הוצמדו מכשירים רבים שהיו מפריעים לבני אדם במהלך עבודתם. למוח הוצמדו עשר אלקטרודות ולמחזור הדם הוכנסו מכשירי מדידה. מכשור זה אִפשר לחוקרים לעקוב באופן רציף אחר התנהגות הקוף 24 שעות.
בזמן ההמראה הקוף ישן אבל הוא התעורר לפתע והדופק שלו עלה מ־150 ל־200. לחץ הדם חזר לתִקנו לאחר שהחללית נכנסה למסלול סביב כדור הארץ והקוף נרדם שוב. ביום הראשון לטיסה, הקוף ביצע ביעילות את כל המשימות שהוטלו עליו כשהוא זוכה במזון עשיר בוויטמינים. הקוף ישן כמעט כל הלילה כשהוא מפסיק את שנתו לעִתים קרובות כדי למצוץ מים ממתקן מיוחד שהותקן בשבילו. יש לציין שבוני חלם במהלך הטיסה.
מאוחר יותר גילה הקוף חוסר התעניינות במילוי המשימות שהוטלו עליו וסירב לשתות מים. המצב הלך והחמיר מיום ליום. נראה היה שהקוף איבד את הכרתו ובשל כך הוא הוחזר ארצה כעבור תשעה ימים ב־7 ביולי.
המטוסים שעמדו לתפוס את החללית באוויר לא הצליחו לתפוס אותה מכיוון שהיא נעלמה מעיני הטייסים בגלל שכבת עננים עבה. מסוקים גילו עד מהרה את החללית מטלטלת על פני המים, 40 ק”מ מצפון להוואי. הקוף הוצא מהחללית בריא ושלם, אך פחות מ־12 שעות לאחר הנחיתה הוא מת. מניתוח שלאחר המוות התברר שהוא מת מהתקף לב. הסיבה להתקף הלב, התקררות גופו של הקוף במשך תשעת הימים שהיה במצב של חוסר משקל. למרות קיצורה של הטיסה, היא הייתה הצלחה טכנית מלאה.
טיסה ללא שם
ב־9 בנובמבר 1970 שוגרו שני תאים למסלול סביב כדור הארץ. בתא אחד היו שני צפרדעים והוא שקל 134 ק”ג. התא השני דמה לראשון והוא נועד לחקור את הקרינה הקוסמית. משקלו של תא זה 21 ק”ג. תשע שעות לאחר השיגור התאים הופרדו מהמשגר ונכנסו למסלול אליפטי שמרחקיו מהקרקע 320 – 592 ק”מ. שני התאים טסו אחד בסמיכות לשני. כדי ליצור כוח משיכה השווה בעוצמתו למחצית מכוח המשיכה של כדור הארץ סבב התא עם הצפרדעים מסביב לעצמו 50 פעם בדקה. המטרות היו:
1. לחקור את השפעתו של חוסר המשקל שהפריע לאסטרונאוטים במילוי תפקידם.
2. לחקור את האוזן הפנימית והמנגנונים האחראיים על שיווי המשקל של הצפרדעים בתנאי החלל ולהסיק מכך לגבי בני אדם.
לגופם של הצפרדעים הוצמדו אלקטרודות. ב־16 בנובמבר הצפרדעים מתו. התא המשיך להקיף את כדור הארץ כמה חודשים ולאחר מכן הושמד.
