Vieren van 20 jaar baanbrekend wetenschappelijk onderzoek op de Internationale Ruimtestation

De afgelopen twee decennia hebben de astronauten aan boord van de Internationale Ruimtestation (ISS) wetenschappelijk onderzoek gedaan op een manier die nergens anders kan. Op een baan van ongeveer 400 kilometer boven de aarde is de ISS het enige laboratorium beschikbaar voor langdurig microgravitatie-onderzoek.

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

Volgend zijn de grote wetenschappelijke doorbraken die behaald zijn tijdens 20 jaar menselijke aanwezigheid op de ISS.

Fundamenteel ziekte-onderzoek

Alzheimer en Parkinson, kanker, astma en hartziektes — als een van deze aandoeningen uw leven heeft beïnvloed, heeft ruimtestationonderzoek u ook beïnvloed. Microgravitatie-onderzoek heeft nieuwe inzichten gegeven aan wetenschappers die deze ziekten bestuderen. Zonder de interferentie van de aardse zwaartekracht, hebben Alzheimer-onderzoekers eiwitclusters bestudeerd die neurodegeneratieve ziekten kunnen veroorzaken. Kankeronderzoekers bestudeerden de groei van endotheelecellen die helpen bloed in het lichaam te voorzien — bloed dat tumoren nodig hebben om te vormen. Op de ISS gekweekte cellen groeien beter dan die op aarde en kunnen helpen nieuwe kankerbehandelingen te testen. Europees Ruimteagentschap onderzoek heeft geholpen bij de ontwikkeling van diagnostische tools die luchtweginflammatie kwantificeren — tools die niet alleen helpen in ruimtevlucht-diagnostiek, maar ook toepassingen op aarde hebben om vergelijkbare aandoeningen zoals astma te diagnosticeren.

Ontdekking van stabiel brandende koude vlammen

toen wetenschappers brandstofdruppels verbrandden in de Flame Extinguishing Experiment (FLEX) studie, trad er iets onverwachts op. Een heptaan brandstofdruppel leek te blussen, maar brandde eigenlijk verder zonder 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 druppels heptaan brandstof waarnamen die dubbele modi van verbranding en uiting hadden. De tweede fase werd ondersteund door wat bekend staat als koude vlam chemische warmtevrijlating. Wanneer we aan vuur denken, denken we typisch aan warmte, maar speciale vlammen gecreëerd aan boord van de ISS houden dingen een beetje koeler.

Het wegnemen van zwaartekracht uit verbrandingsstudies stelt exploratie van de basisprincipes van vlammen toe. Koude vlammen zijn op aarde geproduceerd, maar ze flikkeren snel uit. Op de ISS kunnen koude vlammen minuten lang branden, wat wetenschappers een betere kans geeft om ze te bestuderen. Typische vlammen produceren roet, kooldioxide en water. Koude vlammen produceren koolmonoxide en formaldehyde. Meer leren over het gedrag van deze chemisch verschillende vlammen kan leiden tot de ontwikkeling van efficiëntere, minder vervuilende voertuigen en kan definitie en richting bieden voor grootschalige brandblustests en selectie van het blusmiddel voor next-generation bemande exploratievoertuigen.

Nieuwe waterzuiveringssystemen

Efficiënt hergebruik van afvalwater op het ruimtestation vermindert de behoefte om water via heraanvulmissies te leveren. Naarmate we dieper in de ruimte reizen, zou heraanvulling onmogelijk worden, wat deze systemen een noodzaak maakt. Het JEM Water Recovery System (JWRS) genereert drinkwater uit urine. In het verleden op bemande ruimtevaartuigen, werden urine en afvalwater verzameld en opgeslagen, of overboord geventileerd. Voor langdurige ruimtemissies kan watervoorziening echter een beperkende factor worden.

Daarnaast hebben veel mensen over de hele wereld geen toegang tot schoon water. Risicogebieden kunnen toegang krijgen tot geavanceerde filtratie- en zuiveringssystemen door technologie die ontwikkeld is voor de ISS. Het station's Water Recovery System zuivert en filtert het water van het station, herwint en hergebruikt 93% van het water dat astronauten in de ruimte gebruiken.

Medicijnontwikkeling

Eiwitkristalgroei experimenten uitgevoerd aan boord van de ISS hebben inzichten gegeven in talloze ziektebehandelingen, van kanker tot tandvleesziektes. Het bestuderen van menselijke eiwitten door ze te kristalliseren helpt ons meer te leren over ons lichaam en potentiële ziektebehandelingen. Een van de meest veelbelovende resultaten van deze stationsexperimenten is gekomen uit de studie van een eiwit geassocieerd met Duchenne Spierziekte (DMD), een ongeneeslijke genetische aandoening. Een behandeling voor DMD gebaseerd op dit onderzoek is in klinische studies. Een ander onderzoek, PCG-5, probeerde de therapeutische antilichaam Keytruda® in een meer uniforme kristallijne vorm te kweken. Het doel was om het medicijn te verbeteren zodat het via injectie kan worden afgeleverd in plaats van IV-behandeling.

Bestrijding van spieratrofie en botverlies

Ruimtestudies hebben enorm bijgedragen aan onze kennis van bot- en spierverlies bij astronauten — en hoe die effecten gemitigeerd kunnen worden. De verkregen kennis is ook van toepassing op mensen op aarde die te maken hebben met ziekten zoals osteoporose. Het effect van microgravitatie op botten en spieren biedt unieke kansen voor onderzoek. Wetenschappers hebben een oefenroutine en dieetregime ontwikkeld die de bot- en spierverlies die astronauten anders zouden ervaren tijdens hun verblijf op het station aanzienlijk verminderen.

Begrijpen hoe de effecten van microgravitatie op botten en spieren gemitigeerd kunnen worden, is belangrijk voor toekomstige exploratie in de partiële zwaartekrachtomgevingen van de Maan en Mars. Op aarde treedt bot- en spieratrofie op door normale veroudering, sedentaire leefstijlen en ziekten. Het bestuderen van deze verliezen in microgravitatie kan ons helpen ze beter te begrijpen en potentiële behandelingen te creëren voor mensen terug op aarde.

Begrip van hoe het lichaam verandert in microgravitatie

Wanneer mensen naar Mars gaan, moeten we weten welke uitdagingen we tegemoetkomen. Langdurige verblijven aan boord van het ruimtestation hebben onverwachte manieren onthuld waarop het menselijke lichaam in microgravitatie verandert. Sommige astronauten ontwikkelden onverwacht gezichtsveranderingen, nu bekend als Spaceflight-Associated Neuro-Ocular Syndrome (SANS). Na het helpen ontdekken van het probleem, heeft ruimtestationonderzoek als platform gedien om SANS beter te begrijpen.

NASA's Twins Study vergelijk astronaut Scott Kelly tijdens zijn jaar in de ruimte met zijn aardse tweelingbroer Mark Kelly. Het leverde inzichten in de vele manieren waarop langdurige ruimtevlucht een menselijk lichaam beïnvloedt. Bevindingen toonden aan dat Scott's genexpressie veranderde en zijn lichaam adequaat reageerde op vaccins terwijl hij in de ruimte was.

Voedsel kweken in microgravitatie

De mogelijkheid om aanvullend voedsel te kweken kan helpen mensen verder van de aarde te verkennen. Veel technieken voor het kweken van planten zijn aan boord van het ruimtestation verkend om voor te bereiden op deze missies. Op 10 augustus 2015 proefden astronauten hun eerste in de ruimte gekweekte salade en astronauten kweken nu radijzen in de ruimte. Acht typen bladgroenten zijn in de Veggie-faciliteit gekweken voor astronauten om te eten, wat de beste technieken verfijnd.

Nieuwe oplossingen voor wateren, verlichten en kweken van planten moeten getest worden om een voedselgewas in microgravitatie te creëren. De ISS heeft als platform gedien voor het uitvoeren van deze tests en voor het verifiëren welke condities de planten het meest effectief laten groeien.

3D-printen in microgravitatie

Het eerste item werd in 2014 op de ISS 3D-geprint. Ontwikkeld door Made in Space, produceerde de printer tientallen onderdelen die onderzoekers analyseerden en vergeleken met die gemaakt op de grond. Analyse onthulde dat microgravitatie geen significante effecten had op het proces, wat aantoonde dat een 3D-printer normaal werkt in de ruimte. Latere experimenten gebruikten gerecycled plastic om objecten te printen. De BioFabrication Facility maakte kleine stappen in de richting van het printen van menselijke organen en weefsels in microgravitatie, met ultra-fijne lagen van bio-inkt.

Het testen van printers op de ISS baant de weg voor toekomstige ruimtemissies om onafhankelijker van de aarde te zijn. Benodigde items kunnen 3D-geprint worden in plaats van van de aarde gestuurd en voor de hele reis meegenomen. Het gebruik van gerecycled materiaal voor printen kan gebruik maken van materiaal dat anders beperkte opslagruimte op langdurige missies zou innemen.

Reageren op natuurrampen

Met bemande handcamera-beelden als kerncomponent, is het station een actieve deelnemer geworden in orbitale dataverzameling ter ondersteuning van rampreactie-activiteiten zowel binnen de VS als in het buitenland. Astronauten maken foto's van rampen zoals stormen en branden doorheen hun voortgang, documenterend bewolking, overstromingen en veranderingen in het land. De Lightning Imaging Sensor gemonteerd op de ISS detecteert ook de verdeling en variabiliteit van bliksem om zware weersvoorspelling te verbeteren. Deze data stellen geïnformeerdere reacties op rampen mogelijk vanuit een perspectief dat niet op aarde verkregen kan worden.

Ontdek meer ISS-ontdekkingen op Tech Briefs TV hier.