Główny artykuł: Zwierzęta użytkowe.

Zwierzęta w kosmosie – zwierzęta wysyłane przez ludzi w przestrzeń kosmiczną w ramach programów badawczych mających na celu sprawdzenie możliwości przeżycia warunków lotu przed planowanym wysłaniem ludzi oraz w celu zbadania wpływu warunków panujących w kosmosie na procesy biologiczne zachodzące w organizmach. Programy badawcze z udziałem zwierząt wysyłanych w pojazdach kosmicznych były prowadzone początkowo przez Stany Zjednoczone i Związek Socjalistycznych Republik Radzieckich (obecnie Rosja). Później dołączyła do nich Francja, a następnie Chiny, Japonia i Iran.

Eksploracja kosmosu wymaga przeprowadzania doświadczeń, których często nie sposób wykonać na ziemi. Jedna z panujących w początkach bioastronautyki teorii na temat niebezpieczeństw związanych z lotami kosmicznymi zakładała, że ludzie mogą nie przeżyć długiego okresu przebywania w przestrzeni kosmicznej. Nikt nie miał wówczas pewności, co się może stać z organizmem ludzkim, jeśli rakieta poleci szybciej i wyżej. Aby poznać warunki tam panujące, człowiek wysyła w kosmos różne gatunki zwierząt i roślin oraz przeprowadza testy z wielu dziedzin nauki. Jednym z wielu skutków tych działań było powstanie nowej dziedziny medycyny i bioastronautyki – medycyny kosmicznej.

Muszka owocowa była pierwszym organizmem zwierzęcym wysłanym przez ludzi w kosmos

Z pierwszym zwierzęciem w kosmosie zwykle kojarzy się Łajka – suczka, która była pierwszym stworzeniem umieszczonym na orbicie okołoziemskiej, chociaż nie pierwszym w przestrzeni kosmicznej. Pierwsze powietrzne podróże zwierząt z wykorzystaniem zdobyczy techniki rozpoczęły się w XVIII wieku, a loty rakiet ze zwierzętami na pokładzie odbywały się już 150 lat przed wysłaniem Łajki.

Przyczyny eksploatacji zwierząt w badaniach kosmosu

Jednym z głównych celów eksploracji kosmosu jest przeprowadzanie bezpiecznych misji kosmicznych z udziałem ludzi. W początkach bioastronautyki nie wiedziano, jakie będą fizjologiczne i psychologiczne konsekwencje lotu z dużą prędkością i przebywania na dużych wysokościach. Takie zjawiska, jak przeciążenie i stan nieważkości były słabo poznane. Przed wysłaniem człowieka do górnych warstw atmosfery, a później w przestrzeń kosmiczną, należało zbadać wpływ na morfologię i procesy życiowe organizmów takich czynników, jak: przyspieszenie, lot rakiety, przebywanie w przestrzeni kosmicznej, mikrograwitacja, hamowanie, przegrzanie i wyziębienie, ekstremalny hałas, jedzenie i picie w stanie nieważkości, promieniowanie kosmiczne, klaustrofobia – wszystko to, czym zajmuje się bioastronautyka.

Celem większości badań prowadzonych na zwierzętach jest sprawdzenie skutków działania jakiegoś czynnika. Najskuteczniejszym sposobem badania wpływu danego czynnika na organizm ludzki byłoby prowadzenie badań bezpośrednio na ludziach. Jednak takie badania często nie są możliwe z wielu powodów, dlatego najpierw prowadzone są badania z udziałem zwierząt.

Pierwsze loty i badania

19 września 1783 roku balon wyniósł owcę, koguta i kaczkę na wysokość 1500 stóp (ok. 457 m), po czym wylądował. Było to pierwsze odnotowane badanie możliwości przetrwania lotu na taką wysokość. Zwierzęta wróciły z niego bez uszczerbku na zdrowiu.

Pierwszym człowiekiem, który wysyłał w powietrze zwierzęta umieszczone wewnątrz rakiet, był Claude Ruggieri. Niewiele wiadomo o jego doświadczeniach, poza tym że odpalał rakiety od 1806 roku, umieszczał w nich myszy i szczury, rakiety odzyskiwał przy pomocy spadochronu, a próby prowadził jeszcze w latach 30. XIX wieku.

Związane z wykorzystaniem zwierząt badania wpływu przyspieszenia na organizmy rozpoczął w 1931, prawdopodobnie jako pierwszy, Wernher von Braun. Prowadzone przez niego badania polegały na umieszczaniu myszy na wewnętrznej powierzchni obręczy koła rowerowego, a następnie obracaniu koła z dużą prędkością i obserwowaniu skutków przyspieszenia, przeciążenia i działania siły odśrodkowej. Na podobnej zasadzie działa stosowana współcześnie wirówka przeciążeniowa.

Loty balonowe w latach 1946–1954

Stratostat – balon używany do badań stratosfery

W 1946 Siły Powietrzne Stanów Zjednoczonych rozpoczęły w Alamogordo (Nowy Meksyk) eksperymenty biomedyczne z wykorzystaniem balonów. Głównym celem było zbadanie panujących na dużych wysokościach warunków, w których miał się znaleźć człowiek, rakiety i statki kosmiczne. Szczególnie ważne było zbadanie efektów działania promieniowania kosmicznego. Liczba przeprowadzanych rocznie lotów rosła aż do 1953, kiedy osiągnęła maksimum (23 loty). Balony wysyłane w latach 1950–1954 osiągały pułap 27–30 km. Początkowo wynoszono na duże wysokości tylko nasiona roślin. Pierwsze 3 balony wysłane w latach 1947–1948 wróciły z powrotem, a odzyskane nasiona zostały zasiane. W latach 1950–1951 podjęto eksperymenty z udziałem myszy i chomików. Większość tych zwierząt zginęła – z różnych powodów (rozszczelnienie kapsuły, spłonięcie balonu lub jego awaria). 28 września 1950 po raz pierwszy udało się sprowadzić z powrotem balon z 8 myszami. W kolejnych latach lista gatunków angażowanych do eksperymentów rozszerzała się. W 1952 roku balonami poleciały psy, kot i muszki owocowe, od 1954 małpy i zapłodnione jaja kur. W 1953 roku Szwajcaria przeprowadziła serię lotów balonowych w ramach badania efektu ekspozycji żywych tkanek na promieniowanie kosmiczne. Pod koniec lat 50. XX wieku wiedza zdobyta w trakcie dotychczasowych eksperymentów okazała się wystarczająca, by naukowcy mogli opracować program lotów załogowych (z udziałem ludzi). Bezzałogowe loty balonowe z udziałem zwierząt zostały zastąpione lotami załogowymi na wysokość około 30 km.

Projekt Blossom

Przekroczenie umownej granicy przestrzeni kosmicznej (pułap graniczny ponad 100 km od powierzchni Ziemi) wymagało wykorzystania innego niż balon pojazdu.

Po II wojnie światowej Amerykanie przejęli od Niemców znaczny zapas części do budowy rakiet V2 oraz kilku specjalistów, którzy nad tymi rakietami pracowali. Biologowie z Uniwersytetu Harvarda rozpoczęli współpracę z naukowcami z Laboratorium Badawczego Marynarki (U. S. Naval Research Laboratory). Na początku 1946 roku opracowali program lotów rakietowych z bazy White Sands Missile Range w Nowym Meksyku. Celem projektu Blossom było zbadanie górnych warstw atmosfery. Istotną nowością techniczną było zastosowanie systemu spadochronów połączonych z kapsułą powrotną, w której umieszczono sprzęt i ładunek biologiczny. Problemem były rakiety. Bojowe V2 nie były projektowane do celów badawczych, miały małą pojemność i były niestabilne w górnych warstwach atmosfery.

Pierwszymi organizmami wysłanymi przez ludzi w przestrzeń kosmiczną za pomocą rakiet były nasiona różnych gatunków zbóż. Zostały wystrzelone w dniach 9 i 19 lipca 1946 roku z poligonu rakietowego White Sands w rakiecie z serii V2 (loty oznaczone numerami 7 i 8) – w celu sprawdzenia skutków ekspozycji żywych organizmów na promieniowanie na dużych wysokościach. Nasiona nie zostały odzyskane. Dopiero oznaczony numerem 9. lot z 30 lipca 1946 roku, po osiągnięciu wysokości 161 km, zakończył się odzyskaniem nasion kukurydzy (Zea). W tym samym roku poleciały jeszcze nasiona żyta (Secale), a w ramach kolejnego eksperymentu, sponsorowanego przez National Institutes of Health, 17 grudnia 1946 wysłano zarodniki grzybów, które również miały być poddane ekspozycji na promieniowanie kosmiczne. Eksperyment nie powiódł się – nie odzyskano pojemników z zarodnikami.

20 lutego 1947 rakieta V2 (lot nr 20) po raz pierwszy w historii ludzkości wyniosła na wysokość 109 km zwierzęta – muszki owocowe (Drosophila melanogaster). Celem misji była – podobnie jak w poprzednich eksperymentach – ekspozycja zwierząt na promieniowanie kosmiczne. Początkowa faza lotu przebiegała pomyślnie, ale po kilkudziesięciu sekundach rakieta V2 straciła stabilność w górnych warstwach atmosfery. Pomimo sporych trudności uruchomiony został system spadochronowy, do którego był przymocowany pojemnik z ładunkiem biologicznym. Po 50 minutach opadania pojemnik zetknął się z powierzchnią Ziemi. Jego lot był obserwowany przy pomocy radaru. Wkrótce został odnaleziony przez ekipę poszukiwawczą. Muszki odzyskano w dobrym stanie.

W kwietniu 1948 roku do zespołu w White Sands dołączył James Henry z laboratorium w Wright Field (Ohio). Henry zajmował się problemami układu kardiowaskularnego związanymi z wysokością i przyspieszeniem. Zaproponował, by w kolejnych eksperymentach na pokładzie rakiety umieścić małpę, a następnie wysłać ją ponad ziemię, tak aby choć przez 2 minuty pozostawała w stanie nieważkości. Zdaniem Henry'ego pozwoliłoby to zbadać fizjologiczne reakcje organizmu na brak grawitacji. Wkrótce zespół naukowców rozpoczął przygotowania. Należało znaleźć rozwiązanie kilku problemów. W rakietach bojowych nie było miejsca dla aparatury badawczej i telemetrycznej, a konstrukcja rakiet nie przewidywała możliwości sprowadzenia kapsuły powrotnej i odzyskania jej zawartości.

W trakcie przygotowań do kolejnych lotów opracowano stożkowatą kabinę pełniącą jednocześnie funkcję kapsuły ratunkowej. W niej umieszczono aparaturę do badania i rejestrowania podstawowych funkcji fizjologicznych zwierzęcia, zapas tlenu, środki chemiczne absorbujące dwutlenek węgla oraz system spadochronów umożliwiających sprowadzenie kapsuły na Ziemię. Dalsze prace kontynuowano w ramach projektów oznaczanych kryptonimem „Albert”. Ich celem było wyniesienie przedstawiciela naczelnych poza atmosferę Ziemi.