20 лет передовой науки на МКС: ключевые прорывы

На протяжении последних двух десятилетий астронавты на борту Международной космической станции (МКС) проводили науку так, как это нельзя сделать нигде еще. Окружая Землю на высоте около 250 миль, МКС — единственная лаборатория, доступная для длительных исследований в микрогравитации.

За последние 20 лет космическая станция поддерживала многочисленные открытия, научные инновации, уникальные возможности и исторические прорывы. Эти исследования не только помогают нам исследовать дальше в космос, но также приносят пользу жизни на Земле.

Ниже приведены основные научные прорывы, достигнутые за 20 лет человеческого присутствия на МКС.

Фундаментальные исследования заболеваний

Болезнь Альцгеймера и Паркинсона, рак, астма и сердечные заболевания — если какое-то из этих состояний повлияло на вашу жизнь, исследования на космической станции также повлияли на вас. Исследования в микрогравитации дали новые инсайты ученым, изучающим эти заболевания. Без интерференции земной гравитации исследователи Альцгеймера изучали белковые кластеры, которые могут вызывать нейродегенеративные заболевания. Раковые исследователи изучали рост эндотелиальных клеток, помогающих снабжать кровью тело — кровь, которую опухоли нуждаются для формирования. Клетки, выращенные на МКС, растут лучше, чем на Земле, и могут помочь тестировать новые методы лечения рака. Исследования Европейского космического агентства помогли в разработке диагностических инструментов, количественно оценивающих воспаление дыхательных путей — инструментов, которые не только помогают в диагностике космических полетов, но также имеют применения на Земле для диагностики подобных состояний, таких как астма.

Открытие стабильно горящих холодных пламеней

Когда ученые сжигали капли топлива в эксперименте по гашению пламени (FLEX), произошло что-то неожиданное. Капля гептанового топлива казалась погасшей, но на самом деле продолжала гореть без видимого пламени. Огонь погас дважды — один раз с и один раз без видимого пламени. Это первый случай, когда ученые наблюдали большие капли гептанового топлива, имевшие двойные режимы горения и гашения. Вторая стадия поддерживалась так называемым химическим выделением тепла холодным пламенем. Когда мы думаем об огне, мы обычно думаем о жара, но особые пламена, созданные на МКС, держат вещи немного прохладнее.

Удаление гравитации из исследований горения позволяет изучать основные принципы пламени. Холодные пламена производились на Земле, но они быстро мерцают и гаснут. На МКС холодные пламена могут гореть минутами, давая ученым лучшую возможность их изучать. Типичные пламена производят сажу, углекислый газ и воду. Холодные пламена производят оксид углерода и формальдегид. Узнавание большего о поведении этих химически разных пламеней может привести к разработке более эффективных, менее загрязняющих транспортных средств и может дать определение и направление для крупномасштабных тестов по подавлению пожаров и выбору погасителя для кораблей следующего поколения с экипажем.

Новые системы очистки воды

Эффективная переработка сточных вод на космической станции снижает необходимость снабжения водой через миссии пополнения. По мере того как мы путешествуем глубже в космос, пополнение станет недостижимым, делая эти системы необходимостью. Система восстановления воды JEM (JWRS) генерирует питьевую воду из мочи. В прошлом на пилотируемых космических кораблях моча и сточные воды собирались и хранились, или сбрасывались за борт. Для долгосрочных космических миссий, однако, водоснабжение может стать ограничивающим фактором.

Кроме того, многие люди по всему миру не имеют доступа к чистой воде. Уязвимые районы могут получить доступ к передовым системам фильтрации и очистки через технологии, разработанные для МКС. Система восстановления воды станции очищает и фильтрует воду станции, восстанавливая и перерабатывая 93% воды, которую астронавты используют в космосе.

Разработка лекарств

Эксперименты по выращиванию белковых кристаллов, проведенные на борту МКС, дали инсайты во множество методов лечения заболеваний, от рака до пародонтоза. Изучение человеческих белков путем их кристаллизации помогает нам узнать больше о наших телах и потенциальных методах лечения. Один из самых многообещающих результатов этих станционных экспериментов пришел из изучения белка, ассоциированного с душнной мышечной дистрофией (DMD), невылечимым генетическим расстройством. Лечение DMD, основанное на этом исследовании, проходит клинические испытания. Другое исследование, PCG-5, стремилось вырастить терапевтический антиключ Keytruda® в более равномерной кристаллической форме. Цель состояла в улучшении препарата так, чтобы его можно было вводить инъекцией вместо внутривенного лечения.

Борьба с мышечной атрофией и потерей кости

Космические исследования внесли большой вклад в наши знания о потере кости и мышц у астронавтов — и как смягчить эти эффекты. Полученные знания также применимы к людям на Земле, сталкивающимся с такими заболеваниями, как остеопороз. Эффект микрогравитации на кости и мышцы предоставляет уникальные возможности для исследований. Ученые разработали комплекс упражнений и диету, которые значительно снижают потерю кости и мышц, которую астронавты иначе испытывали бы во время пребывания на станции.

Понимание того, как смягчить эффекты микрогравитации на кости и мышцы, важно для будущих исследований в средах частичной гравитации Луны и Марса. На Земле атрофия костей и мышц происходит от нормального старения, сидячего образа жизни и болезней. Изучение этих потерь в микрогравитации может помочь нам лучше их понять и потенциально создать методы лечения для людей на Земле.

Понимание изменений тела в микрогравитации

Когда люди отправятся на Марс, нам нужно знать, какие вызовы мы сталкиваемся. Долгосрочные пребывания на космической станции раскрыли неожиданные способы, которыми человеческое тело меняется в микрогравитации. Некоторые астронавты, например, неожиданно развили изменения зрения, теперь известные как Синдром нейроокулярных изменений, связанных с космическим полетом (SANS). После помощи в открытии проблемы, исследования на космической станции служили платформой для лучшего понимания SANS.

Исследование близнецов NASA сравнило астронавта Скотта Келли во время его года в космосе с его земным братом-близнецом Марком Келли. Оно дало инсайты во множество способов, которыми длительный космический полет влияет на человеческое тело. Результаты показали, что генная экспрессия Скотта изменилась, и его тело адекватно реагировало на вакцины в космосе.

Выращивание пищи в микрогравитации

Способность выращивать дополнительную пищу может помочь людям исследовать дальше от Земли. Многие техники выращивания растений были исследованы на борту космической станции для подготовки к этим миссиям. 10 августа 2015 года астронавты попробовали свой первый космический салат, и сейчас астронавты выращивают редис в космосе. Восемь типов листовых зеленых были выращены в установке Veggie для поедания астронавтами, точа лучшие техники.

Новые решения для полива, освещения и выращивания растений должны быть протестированы для создания пищевой культуры в микрогравитации. МКС служила платформой для проведения этих тестов и проверки условий, позволяющих растениям расти наиболее эффективно.

3D-печать в микрогравитации

Первый предмет был 3D-напечатан на МКС в 2014 году. Разработанный Made in Space, принтер произвел десятки деталей, которые исследователи проанализировали и сравнили с теми, сделанными на земле. Анализ показал, что микрогравитация не имела значительных эффектов на процесс, демонстрируя, что 3D-принтер работает нормально в космосе. Поздние эксперименты использовали переработанный пластик для печати объектов. Биофабрикационное учреждение сделало небольшие шаги к печати человеческих органов и тканей в микрогравитации, используя ультратонкие слои биочернил.

Тестирование принтеров на МКС проложило путь для будущих космических миссий быть более независимыми от Земли. Необходимые предметы могли бы быть 3D-напечатаны вместо отправки с Земли и переноса на протяжении всего пути. Использование переработанного материала для печати могло бы использовать материал, который иначе занимал бы ограниченное складское пространство на длительных миссиях.

Реагирование на природные катастрофы

С ручной съемкой астронавтов в качестве основного компонента, станция стала активным участником орбитального сбора данных для поддержки действий по реагированию на катастрофы как в США, так и за рубежом. Астронавты делают снимки катастроф, таких как бури и пожары, на протяжении их прогрессии, документируя облачность, наводнения и изменения земной поверхности. Датчик молний, смонтированный на МКС, также обнаруживает распределение и вариативность молний для улучшения прогнозирования тяжелой погоды. Эти данные позволяют более обоснованным ответам на катастрофы с перспективы, которую нельзя получить на Земле.

Узнайте больше об открытиях МКС на Tech Briefs TV здесь.