回顾国际空间站过去一年进行的研究

国际空间站是一个先进的科学实验室,在距离地球400公里高度轨道运行(欧洲航天局)
国际空间站是一个先进的科学实验室,在距离地球400公里高度轨道运行(欧洲航天局)

国际空间站以每小时2.7万公里的速度,在距离地球400公里高度太空中飞行了20多年,除了是一个用于从太空观测气候和地球平台之外,国际空间站还包含进行最新科学研究的先进太空实验室。

在过去的二十年中,国际空间站一直是由于重力而无法在地球上进行科学实验的理想场所,也是唯一的理想场所。

作为美国、加拿大、俄罗斯、日本、欧盟和世界其他国家和地区不同太空机构共同努力的一部分,国际空间站的宇航员几乎在零重力下进行了这些测试和实验。

美国宇航局的宇航员Nick Hague在日本Kibo实验室模块内的生命科学部门进行了细胞实验(美国宇航局)

为人类服务的研究

这些实验和研究的目的不仅限于为恶劣太空环境中的生命做好准备,而且在改善地球上人类生活的科学发现中起着重要作用,这些经验服务于开发和运营新技术、教育活动、生物学、生物技术、地球与空间科学、人类研究、新药创新和物理学等领域。

国际空间站的研究结果被用于提出新的科学思想,并提出了用于长期太空飞行任务和地面测试的新发现和假设。

对国际空间站实验的科学数据进行了检查、修改和发布,并在众多认可的期刊、会议记录、技术论文、书籍、专利甚至教育电影和软件中进行了阐述。

美国宇航局发布了2020年度报告,内容涉及国际空间站进行的科学研究和测试结果,该报告监测了有关这些研究和实验结果的312多项研究,而这些研究结果在2019年10月至2020年10月期间已经发表在科学期刊上。

包括加拿大航天局(CSA)、欧洲航天局(ESA)和日本航天探索局(JAXA)以及美国宇航局(NASA)和俄罗斯航天局(ROSCOSMOS)以及意大利航天局(ISA)在内的多方共同编写了这份报告。

宇航员卡伦·尼伯格在国际空间站对“拟南芥”幼苗进行了试验(美国宇航局)

生物学与生物技术

国际空间站实验室为生物学实验提供了一个平台,以探索在接近零重力条件下生物体的复杂反应。

国际空间站配备了各种设备和装备,用于研究生物系统的探索,从细胞的微生物和生物学特性到多细胞动植物的综合功能,以下是国际空间站正在进行的生物学和生物技术领域的一部分实验:

零重力对植物生长的影响

欧洲航天局在哥伦布科学实验室——对国际空间站做出最大贡献——进行了重力和光照对产生氧气以及对植物——这些植物可能成为乘员食物来源——生长的影响实验。

科学家认为,重力是主要因素,其次是光,来确定植物根系的生长方向。该实验使用了“拟南芥”(Arabidopsis thaliana)植物的幼苗,由于其生命周期短和遗传成分少,因此,被认为是“植物试验小白鼠”。

从地球、月球和火星引力开始,到国际空间站中重力接近零,将幼苗暴露在不同水平的重力下,然后暴露在白光下96个小时,蓝光下48个小时,此后,将其冻结以进行地球分析。

对从幼苗中提取的RNA进行分析,并研究了其遗传序列,以确定哪些因素改变了它们的遗传表达,以指导目前和将来在太空中使用植物栽培技术的道路。

哥伦布科学实验室是欧洲航天局对国际空间站最大科学贡献之一(欧洲航天局)

零重力对致病蛋白的影响

日本宇宙航空研究开发机构研究了近零重力对引起神经退行性疾病的细丝或淀粉样蛋白原纤维形成的影响,旨在开发新的疗法来抑制致病蛋白的形成,从而用于治疗和预防帕金森氏症和阿尔茨海默氏症等疾病。

增强药物治疗某些疾病的有效性

美国宇航局赞助了一些制药公司,以研究“肌肉生长抑制素”药物的效果,这种药物负责肌肉质量,以治疗长时间暴露于太空中的小鼠出现的肌肉无力和骨骼无力,随着年龄的增长,这种药物可以治疗诸如肌肉营养不良、骨质疏松和肌肉骨骼无力等疾病。

研究结果表明,“肌肉生长抑制素”是防止太空中寿命延长引起肌肉退化的有效方法。

俄罗斯宇航员安德烈·鲍里先科进行了呼吸测试(美国宇航局)

人类健康研究

国际空间站的研究旨在研究和确定太空探索对人类健康的危害,例如接近零重力的环境、辐射与太空生活其他方面——例如营养、睡眠和社会关系——之间的关系,旨在开发和测试相关程序,以减少太空生活对宇航员健康的损害。

这些研究结果对于使人类登上月球表面和探索火星的太空飞行任务至关重要,这些研究其中包括:

宇航员贫血

所有宇航员返回地球后都会出现贫血(红细胞破坏)的情况,自从人类首次执行太空任务以来,就已经观察到了这一点,但原因尚不清楚。

通过研究过去5年来积累的数据,一项研究发现,体内贫血的第一个可逆转移完成后,下降后就会发生空间性贫血,由于气压和重力的变化,如果你在太空停留的时间越长,贫血越严重,返回地球后,要从太空贫血中恢复需要1到3个月的时间。

太空旅行期间的肌肉萎缩

许多宇航员返回地球后会很快失去直立的能力。

最近的一项研究使用了基于近红外光的激光计数器,检查了宇航员在太空旅行前后皮肤表面附近血管中的血液流动。

这项研究发现,由于在太空中停留时间较长,下肢血液流动不良,这意味着宇航员必须进行定期体育锻炼和身体锻炼来强化康复计划,以改善脚部血液流动和恢复肌肉力量。

电磁升降机(美国宇航局)

物理学

重力对于我们理解物理学以及建立监视物质行为基本数学模型的建立具有重大影响。

空间站是唯一一个使科学家能够在没有重力情况下研究长期物理效应,而没有对流和沉降等与重力有关过程的复杂性实验室,这为出现不同物理性质提供了机会,科学家试图研究这些物理性质以发展物理科学,以及如何控制材料行为以达到不同目的。

工业合金的物理性质

欧洲航天局进行的研究涉及在零重力下使用电磁悬浮剂改进硬化过程来测量工业合金的热物理性质。

这项研究特别记录了三种高温商用合金(镍基高温合金)获得的结果,这些合金广泛用于涡轮机和其他电力应用中。

在这些结果中,有地球上无法获得的高分辨率热物理性质(液体表面张力、粘度、质量密度、比热容)数据,这些数据对于提高制造效率和产品质量至关重要。

冷原子实验室将材料冷却至超水平(美国宇航局)

冷原子实验室研究

美国宇航局通过冷原子实验室(Cold Atom Lab),正在通过在气泡状结构中创建一种称为“玻色-爱因斯坦冷凝器”的量子气体来研究物质的过冷状态,以回答有关量子力学的问题,这次机会加强了空间站在超冷原子物理学领域中作为研究设施的作用。

最近的一项研究检查了原子气体的冷却和限制作用,以形成“玻色-爱因斯坦冷凝器”,这使得可以在几乎零重力的情况下在微观尺度上长期研究量子行为。

科学家首次研究了在没有重力情况下物质的第五种状态,这使人们对爱因斯坦的相对论有了前所未有的理解,了解量子气泡还可以促进下一代传感器和量子模拟的发展,从而推动了量子计算机的发展。

来源 : 电子网站

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