20 лет науки на Международной космической станции

В течение последних двух десятилетий астронавты на борту Международной космической станции (МКС) занимались наукой так, как нигде больше. МКС находится на высоте около 250 миль над Землей и является единственной лабораторией, доступной для длительных исследований в условиях микрогравитации.

За последние 20 лет космическая станция способствовала многочисленным открытиям, научным инновациям, уникальным возможностям и историческим прорывам. Это исследование не только помогает нам исследовать космос, но и приносит пользу жизни на Земле.

Ниже приведены основные научные достижения, достигнутые за 20 лет пребывания человека на МКС.

Фундаментальные исследования болезней

Болезни Альцгеймера и Паркинсона, рак, астма и болезни сердца — если какое-либо из этих состояний повлияло на вашу жизнь, исследования космической станции также повлияли на вас. Исследования в условиях микрогравитации предоставили ученым, изучающим эти заболевания, новые идеи. Без вмешательства земной гравитации исследователи болезни Альцгеймера изучили кластеры белков, которые могут вызывать нейродегенеративные заболевания. Исследователи рака изучали рост эндотелиальных клеток, которые помогают снабжать организм кровью — кровью, которая необходима для образования опухолей. Клетки, выращенные на МКС, растут лучше, чем на Земле, и могут помочь в тестировании новых методов лечения рака. Исследования Европейского космического агентства помогли в разработке диагностических инструментов для количественной оценки воспаления дыхательных путей — инструментов, которые не только помогают в диагностике космических полетов, но и позволяют применять их на Земле для диагностики подобных состояний, таких как астма.

Обнаружение постоянно горящего прохладного пламени

Когда ученые сжигали капли топлива в ходе эксперимента по тушению пламени (FLEX), произошло нечто неожиданное. Капля гептанового топлива, казалось, погасла, но на самом деле продолжала гореть без видимого пламени. Огонь гас дважды — один раз с видимым пламенем и один раз без него. Это первый раз, когда ученые наблюдали большие капли гептанового топлива, которые имели двойные режимы горения и угасания. Вторая стадия поддерживалась так называемым химическим выделением холодного пламени. Когда мы думаем об огне, мы обычно думаем о тепле, но специальное пламя, созданное на борту МКС, делает вещи немного прохладнее.

Удаление силы тяжести из исследований горения позволяет исследовать основные принципы пламени. На Земле возникло холодное пламя, но оно быстро угасло. На МКС холодное пламя может гореть в течение нескольких минут, что дает ученым больше возможностей для его изучения. Типичное пламя производит сажу, углекислый газ и воду. Холодное пламя приводит к образованию угарного газа и формальдегида. Более подробное изучение поведения этого химически отличающегося пламени может привести к разработке более эффективных, менее загрязняющих окружающую среду транспортных средств и может дать определение и направление для крупномасштабных испытаний пожаротушения и выбора огнетушащего вещества для разведывательных транспортных средств экипажа следующего поколения.

Новые системы очистки воды

Эффективная переработка сточных вод на космической станции снижает потребность в обеспечении водой для миссий по пополнению запасов. По мере того, как мы путешествуем все глубже в космос, пополнение запасов становится невозможным, что делает эти системы необходимостью. Система рекуперации воды JEM (JWRS) производит питьевую воду из мочи. В прошлом на пилотируемых космических кораблях моча и сточные воды собирались и хранились или сбрасывались за борт. Однако для долгосрочных космических миссий снабжение водой может стать ограничивающим фактором.

Кроме того, многие люди во всем мире не имеют доступа к чистой воде. Зоны риска могут получить доступ к передовым системам фильтрации и очистки с помощью технологии, разработанной для МКС. Система восстановления воды станции очищает и фильтрует воду станции, восстанавливая и перерабатывая 93% воды, которую космонавты используют в космосе.

Разработка лекарств

Эксперименты по выращиванию кристаллов белка, проведенные на борту МКС, позволили получить представление о лечении многочисленных заболеваний, от рака до болезней десен. Изучение белков человека путем их кристаллизации помогает нам больше узнать о нашем организме и потенциальных методах лечения болезней. Один из самых многообещающих результатов этих экспериментов на станции был получен при изучении белка, связанного с мышечной дистрофией Дюшенна (МДД), неизлечимым генетическим заболеванием. Лечение МДД, основанное на этом исследовании, проходит клинические испытания. Другое исследование, PCG-5, стремилось вырастить терапевтическое антитело Keytruda ^® . в более однородной кристаллической форме. Цель состояла в том, чтобы улучшить лекарство таким образом, чтобы его можно было вводить путем инъекции, а не внутривенно.

Борьба с атрофией мышц и потерей костной массы

Космические исследования внесли большой вклад в наши знания о потере костной и мышечной массы у космонавтов и о том, как смягчить эти последствия. Полученные знания применимы и к людям на Земле, страдающим такими заболеваниями, как остеопороз. Влияние микрогравитации на кости и мышцы дает уникальные возможности для исследований. Ученые разработали программу упражнений и режим питания, которые значительно уменьшают потерю костной и мышечной массы, с которой астронавты столкнулись бы во время пребывания на станции.

Понимание того, как смягчить воздействие микрогравитации на кости и мышцы, важно для будущих исследований в условиях частичной гравитации Луны и Марса. На Земле атрофия костей и мышц происходит из-за нормального старения, малоподвижного образа жизни и болезней. Изучение этих потерь в условиях микрогравитации может помочь нам лучше понять их и потенциально создать лечение для людей на Земле.

Понимание того, как тело меняется в условиях микрогравитации

Когда люди отправятся на Марс, нам нужно знать, с какими проблемами мы столкнемся. Длительное пребывание на борту космической станции выявило неожиданные изменения человеческого тела в условиях микрогравитации. У некоторых астронавтов, например, неожиданно развились изменения зрения, теперь известные как нейроглазной синдром, связанный с космическими полетами (SANS). Исследования космической станции помогли обнаружить проблему и послужили платформой для лучшего понимания SANS.

Исследование близнецов НАСА сравнило астронавта Скотта Келли во время его года в космосе с его братом-близнецом Марком Келли. Это дало представление о многих способах, которыми длительный космический полет влияет на человеческое тело. Результаты показали, что экспрессия генов Скотта изменилась, и его тело адекватно реагировало на вакцины во время пребывания в космосе.

Выращивание продуктов питания в условиях микрогравитации

Способность выращивать дополнительную пищу может помочь людям исследовать более далекие земли. На борту космической станции было изучено множество методов выращивания растений для подготовки к этим миссиям. 10 августа 2015 года астронавты попробовали свой первый выращенный в космосе салат, а сейчас астронавты выращивают редис в космосе. Восемь видов листовой зелени были выращены на объекте Veggie для астронавтов, чтобы их можно было есть, оттачивая лучшие методы.

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

3D-печать в условиях микрогравитации

Первый предмет был напечатан на МКС в 2014 году на 3D-принтере. Разработанный Made in Space принтер произвел десятки деталей, которые исследователи проанализировали и сравнили с теми, что были изготовлены на Земле. Анализ показал, что микрогравитация не оказала существенного влияния на процесс, демонстрируя, что 3D-принтер нормально работает в космосе. Более поздние эксперименты использовали переработанный пластик для печати объектов. Компания BioFabrication Facility предприняла небольшие шаги к печати человеческих органов и тканей в условиях микрогравитации с использованием сверхтонких слоев биочернил.

Тестирование принтеров на МКС прокладывает путь к тому, чтобы будущие космические миссии стали более независимыми от Земли. Необходимые предметы можно было бы распечатать на 3D-принтере, а не отправлять с Земли и нести с собой на протяжении всего путешествия. Использование переработанного материала для печати может привести к использованию материала, который в противном случае занял бы ограниченное место для хранения во время длительных миссий.

Реагирование на стихийные бедствия

С помощью изображений с портативных камер экипажа в качестве основного компонента станция стала активным участником сбора орбитальных данных для поддержки деятельности по реагированию на стихийные бедствия как в США, так и за рубежом. Астронавты делают снимки стихийных бедствий, таких как штормы и пожары, на протяжении всего их развития, документируя облачный покров, наводнения и изменения на земле. Датчик изображения молний, ​​установленный на МКС, также определяет распределение и изменчивость молний, ​​чтобы улучшить прогнозирование суровой погоды. Эти данные позволяют более обоснованно реагировать на стихийные бедствия с точки зрения, которую невозможно получить на Земле.

Узнайте больше об открытиях МКС на Tech Briefs TV здесь .