20 jaar wetenschap op het internationale ruimtestation

De afgelopen twee decennia hebben de astronauten aan boord van het International Space Station (ISS) wetenschap uitgevoerd op een manier die nergens anders kan worden gedaan. Het ISS, dat ongeveer 250 mijl boven de aarde draait, is het enige laboratorium dat beschikbaar is voor langdurig microzwaartekrachtonderzoek.

In de afgelopen 20 jaar heeft het ruimtestation talloze ontdekkingen, wetenschappelijke innovaties, unieke kansen en historische doorbraken ondersteund. Dit onderzoek helpt ons niet alleen verder de ruimte in te verkennen, maar komt ook het leven op aarde ten goede.

Hieronder volgen belangrijke wetenschappelijke doorbraken die zijn bereikt tijdens 20 jaar menselijke aanwezigheid op het ISS.

Fundamenteel ziekteonderzoek

Ziekten van Alzheimer en Parkinson, kanker, astma en hartaandoeningen - als een van deze aandoeningen uw leven heeft beïnvloed, heeft onderzoek naar ruimtestations ook gevolgen voor u. Onderzoek naar microzwaartekracht heeft nieuwe inzichten opgeleverd voor wetenschappers die deze ziekten bestuderen. Zonder de inmenging van de zwaartekracht van de aarde hebben Alzheimer-onderzoekers eiwitclusters bestudeerd die neurodegeneratieve ziekten kunnen veroorzaken. Kankeronderzoekers bestudeerden de groei van endotheelcellen die helpen bij het leveren van bloed in het lichaam - bloed dat tumoren nodig hebben om zich te vormen. ISS-gekweekte cellen groeien beter dan die op aarde en kunnen helpen bij het testen van nieuwe kankerbehandelingen. Onderzoek van de European Space Agency heeft geholpen bij de ontwikkeling van diagnostische hulpmiddelen die luchtwegontstekingen kwantificeren - hulpmiddelen die niet alleen helpen bij de diagnostiek van ruimtevluchten, maar die ook toepassingen op aarde bevatten om vergelijkbare aandoeningen zoals astma te diagnosticeren.

Ontdekking van gestaag brandende koele vlammen

Toen wetenschappers brandstofdruppels verbrandden in het onderzoek naar het Flame Extinguishing Experiment (FLEX), gebeurde er iets onverwachts. Een druppel heptaanbrandstof leek te doven, maar bleef in werkelijkheid branden zonder een zichtbare vlam. Het vuur ging twee keer uit - een keer met en een keer zonder zichtbare vlam. Dit is de eerste keer dat wetenschappers grote druppeltjes heptaanbrandstof hebben waargenomen met dubbele verbranding en uitdoving. De tweede fase werd ondersteund door wat bekend staat als koele vlam chemische warmteafgifte. Als we aan vuur denken, denken we meestal aan hitte, maar speciale vlammen die aan boord van het ISS zijn gemaakt, houden het een beetje koeler.

Door de zwaartekracht uit studies van verbranding te verwijderen, kunnen de basisprincipes van vlammen worden onderzocht. Er zijn koele vlammen op aarde geproduceerd, maar ze flakkeren snel uit. Op het ISS kunnen koele vlammen minutenlang branden, waardoor wetenschappers ze beter kunnen bestuderen. Typische vlammen produceren roet, koolstofdioxide en water. Koele vlammen produceren koolmonoxide en formaldehyde. Meer leren over het gedrag van deze chemisch verschillende vlammen zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van efficiëntere, minder vervuilende voertuigen en kan definitie en richting geven voor grootschalige brandbestrijdingstests en de selectie van het brandblusmiddel voor de volgende generatie bemanningsverkenningsvoertuigen.

Nieuwe waterzuiveringssystemen

Het efficiënt recyclen van afvalwater op het ruimtestation vermindert de noodzaak om water te leveren via herbevoorradingsmissies. Naarmate we dieper de ruimte in reizen, zou bevoorrading onhaalbaar zijn, waardoor deze systemen een noodzaak zijn. Het JEM Water Recovery System (JWRS) genereert drinkwater uit urine. In het verleden werden op bemande ruimtevaartuigen urine en afvalwater opgevangen en opgeslagen, of overboord afgevoerd. Voor langdurige ruimtemissies kan de watervoorziening echter een beperkende factor worden.

Bovendien hebben veel mensen over de hele wereld geen toegang tot schoon water. Risicogebieden kunnen toegang krijgen tot geavanceerde filtratie- en zuiveringssystemen door middel van technologie die is ontwikkeld voor het ISS. Het waterrecuperatiesysteem van het station zuivert en filtert het water van het station, waarbij 93% van het water dat astronauten in de ruimte gebruiken, wordt teruggewonnen en gerecycled.

Drugsontwikkeling

Experimenten met eiwitkristalgroei die aan boord van het ISS zijn uitgevoerd, hebben inzicht gegeven in tal van ziektebehandelingen, van kanker tot tandvleesaandoeningen. Door menselijke eiwitten te bestuderen door ze te kristalliseren, kunnen we meer leren over ons lichaam en mogelijke ziektebehandelingen. Een van de meest veelbelovende resultaten van deze stationsexperimenten is afkomstig van de studie van een eiwit dat verband houdt met Du chenne Muscular Dystrophy (DMD), een ongeneeslijke genetische aandoening. Een behandeling voor DMD op basis van dit onderzoek bevindt zich in klinische onderzoeken. Een ander onderzoek, PCG-5, was gericht op het kweken van het therapeutische antilichaam Keytruda ^® in een meer uniforme kristallijne vorm. Het doel was om het medicijn zodanig te verbeteren dat het via injectie kan worden toegediend in plaats van IV-behandeling.

Bestrijding van spieratrofie en botverlies

Ruimtestudies hebben in grote mate bijgedragen aan onze kennis van bot- en spierverlies bij astronauten - en hoe deze effecten te verminderen. De opgedane kennis is ook van toepassing op mensen op aarde die te maken hebben met ziekten zoals osteoporose. Het effect van microzwaartekracht op botten en spieren biedt unieke mogelijkheden voor onderzoek. Wetenschappers hebben een trainingsroutine en een dieet ontwikkeld die het bot- en spierverlies aanzienlijk verminderen dat astronauten anders zouden ervaren tijdens hun verblijf op het station.

Begrijpen hoe de effecten van microzwaartekracht op botten en spieren kunnen worden verminderd, is belangrijk voor toekomstig onderzoek in de partiële zwaartekrachtomgevingen van de maan en Mars. Op aarde vindt bot- en spieratrofie plaats door normale veroudering, een zittende levensstijl en ziekten. Door deze verliezen in microzwaartekracht te bestuderen, kunnen we ze beter begrijpen en mogelijk behandelingen voor mensen op aarde creëren.

Begrijpen hoe het lichaam verandert in microzwaartekracht

Wanneer mensen naar Mars gaan, moeten we weten met welke uitdagingen we worden geconfronteerd. Langdurig verblijf aan boord van het ruimtestation heeft onverwachte manieren blootgelegd waarop het menselijk lichaam verandert in microzwaartekracht. Sommige astronauten ontwikkelden bijvoorbeeld onverwacht veranderingen in het gezichtsvermogen, nu bekend als Spaceflight-Associated Neuro-Ocular Syndrome (SANS). Na het helpen ontdekken van het probleem, heeft onderzoek naar ruimtestations gediend als platform om SANS beter te begrijpen.

NASA's Twins Study vergeleek astronaut Scott Kelly tijdens zijn jaar in de ruimte met zijn aardgebonden tweelingbroer Mark Kelly. Het gaf inzicht in de vele manieren waarop langdurige ruimtevluchten een menselijk lichaam beïnvloeden. Bevindingen toonden aan dat Scotts genexpressie veranderde en dat zijn lichaam adequaat reageerde op vaccins terwijl hij in de ruimte was.

Voedsel kweken in microzwaartekracht

Het vermogen om aanvullend voedsel te verbouwen, kan mensen helpen om verder van de aarde te verkennen. Ter voorbereiding op deze missies zijn aan boord van het ruimtestation veel technieken onderzocht voor het kweken van planten. Op 10 augustus 2015 proefden astronauten hun eerste in de ruimte gekweekte salade en astronauten kweken nu radijsjes in de ruimte. In de Veggie-faciliteit zijn acht soorten bladgroenten gekweekt die astronauten kunnen eten, waarbij de beste technieken zijn verfijnd.

Nieuwe oplossingen voor bewatering, verlichting en groeiende planten moeten worden getest om een ​​voedselgewas in microzwaartekracht te creëren. Het ISS heeft als platform gediend om deze tests uit te voeren en om na te gaan onder welke omstandigheden de planten het meest effectief kunnen groeien.

3D-printen in microzwaartekracht

Het eerste item werd in 2014 3D-geprint op het ISS. De printer, ontwikkeld door Made in Space, produceerde tientallen onderdelen die onderzoekers analyseerden en vergeleken met die op de grond. Uit analyse bleek dat microzwaartekracht geen significante effecten had op het proces, wat aantoont dat een 3D-printer normaal werkt in de ruimte. Latere experimenten gebruikten gerecycled plastic om objecten te printen. De BioFabrication Facility zette kleine stappen om menselijke organen en weefsels te printen in microzwaartekracht, met behulp van ultrafijne lagen bioinkt.

Het testen van printers op het ISS effent de weg voor toekomstige ruimtemissies om onafhankelijker van de aarde te zijn. Benodigde items kunnen 3D-geprint worden in plaats van vanaf de aarde worden verzonden en voor de hele reis worden vervoerd. Door gerecycleerd materiaal te gebruiken voor het printen, kan materiaal worden gebruikt dat anders beperkte opbergruimte zou innemen bij langdurige missies.

Reageren op natuurrampen

Met camerabeelden uit de hand van de bemanning als kerncomponent, is het station een actieve deelnemer geworden in het verzamelen van orbitale gegevens ter ondersteuning van rampenbestrijdingsactiviteiten, zowel in de VS als in het buitenland. Astronauten maken tijdens hun voortgang foto's van rampen zoals stormen en branden, waarbij ze bewolking, overstromingen en veranderingen aan het land documenteren. De Lightning Imaging Sensor die op het ISS is gemonteerd, detecteert ook de verspreiding en variabiliteit van bliksem om de voorspelling van zwaar weer te verbeteren. Deze gegevens zorgen voor beter geïnformeerde reacties op rampen vanuit een perspectief dat op aarde niet kan worden verkregen.

Lees hier meer over ISS-ontdekkingen op Tech Briefs TV .