20 Jahre Wissenschaft auf der Internationalen Raumstation

In den letzten zwei Jahrzehnten haben die Astronauten an Bord der Internationalen Raumstation (ISS) Wissenschaft auf eine Weise betrieben, die nirgendwo sonst möglich ist. Die ISS, die etwa 250 Meilen über der Erde kreist, ist das einzige Labor, das für lang andauernde Mikrogravitationsforschung zur Verfügung steht.

In den letzten 20 Jahren hat die Raumstation zahlreiche Entdeckungen, wissenschaftliche Innovationen, einzigartige Möglichkeiten und historische Durchbrüche unterstützt. Diese Forschung hilft uns nicht nur, weiter in den Weltraum vorzudringen, sondern kommt auch dem Leben auf der Erde zugute.

Im Folgenden sind wichtige wissenschaftliche Durchbrüche aufgeführt, die in 20 Jahren menschlicher Präsenz auf der ISS erzielt wurden.

Grundlegende Krankheitsforschung

Alzheimer- und Parkinson-Krankheiten, Krebs, Asthma und Herzkrankheiten – wenn eine dieser Erkrankungen Ihr Leben beeinflusst hat, hat Sie auch die Raumstationsforschung beeinflusst. Die Mikrogravitationsforschung hat Wissenschaftlern, die diese Krankheiten untersuchen, neue Erkenntnisse geliefert. Ohne Einfluss der Erdanziehungskraft haben Alzheimer-Forscher Proteincluster untersucht, die neurodegenerative Erkrankungen verursachen können. Krebsforscher untersuchten das Wachstum von Endothelzellen, die zur Blutversorgung des Körpers beitragen – Blut, das Tumore zur Bildung benötigen. Auf der ISS gezüchtete Zellen wachsen besser als solche auf der Erde und können helfen, neue Krebsbehandlungen zu testen. Die Forschung der Europäischen Weltraumorganisation hat zur Entwicklung von Diagnosewerkzeugen beigetragen, die Atemwegsentzündungen quantifizieren – Werkzeuge, die nicht nur bei der Raumfahrtdiagnostik helfen, sondern auch auf der Erde Anwendung finden, um ähnliche Erkrankungen wie Asthma zu diagnostizieren.

Entdeckung stetig brennender kühler Flammen

Als Wissenschaftler in der Studie Flame Extinguishing Experiment (FLEX) Kraftstofftröpfchen verbrannten, geschah etwas Unerwartetes. Ein Heptanbrennstofftröpfchen schien zu erlöschen, brannte aber tatsächlich ohne sichtbare Flamme weiter. Das Feuer erlosch zweimal – einmal mit und einmal ohne sichtbare Flamme. Dies ist das erste Mal, dass Wissenschaftler große Tröpfchen von Heptan-Brennstoff beobachteten, die einen doppelten Verbrennungs- und Vernichtungsmodus aufwiesen. Die zweite Stufe wurde durch das aufrechterhalten, was als chemische Wärmefreisetzung mit kühler Flamme bekannt ist. Wenn wir an Feuer denken, denken wir normalerweise an Hitze, aber spezielle Flammen, die an Bord der ISS erzeugt werden, halten die Dinge etwas kühler.

Das Entfernen der Schwerkraft aus Verbrennungsstudien ermöglicht die Erforschung der Grundprinzipien von Flammen. Kühle Flammen wurden auf der Erde erzeugt, aber sie flackern schnell wieder aus. Auf der ISS können kühle Flammen minutenlang brennen, was Wissenschaftlern eine bessere Möglichkeit gibt, sie zu untersuchen. Typische Flammen erzeugen Ruß, Kohlendioxid und Wasser. Kühle Flammen erzeugen Kohlenmonoxid und Formaldehyd. Mehr über das Verhalten dieser chemisch unterschiedlichen Flammen zu erfahren, könnte zur Entwicklung effizienterer, weniger umweltschädlicher Fahrzeuge führen und könnte Definition und Richtung für groß angelegte Brandbekämpfungstests und die Auswahl des Brandbekämpfungsmittels für Erkundungsfahrzeuge der Besatzung der nächsten Generation liefern.

Neue Wasseraufbereitungssysteme

Das effiziente Recycling von Abwasser auf der Raumstation reduziert die Notwendigkeit, Wasser durch Nachschubmissionen bereitzustellen. Wenn wir tiefer in den Weltraum vordringen, wäre eine Nachversorgung unerreichbar, was diese Systeme zu einer Notwendigkeit macht. Das JEM Water Recovery System (JWRS) erzeugt aus Urin Trinkwasser. In der Vergangenheit wurden auf bemannten Raumfahrzeugen Urin und Abwasser gesammelt und gespeichert oder über Bord gelassen. Für langfristige Weltraummissionen könnte die Wasserversorgung jedoch zum limitierenden Faktor werden.

Zudem haben viele Menschen weltweit keinen Zugang zu sauberem Wasser. Risikogebiete können Zugang zu fortschrittlichen Filter- und Reinigungssystemen durch Technologie erhalten, die für die ISS entwickelt wurde. Das Wasserrückgewinnungssystem der Station reinigt und filtert das Wasser der Station und gewinnt und recycelt 93 % des Wassers, das Astronauten im Weltraum verwenden.

Arzneimittelentwicklung

Experimente zum Wachstum von Proteinkristallen, die an Bord der ISS durchgeführt wurden, haben Einblicke in zahlreiche Behandlungen von Krankheiten gegeben, von Krebs bis zu Zahnfleischerkrankungen. Das Studium menschlicher Proteine ​​durch Kristallisation hilft uns, mehr über unseren Körper und mögliche Behandlungen von Krankheiten zu erfahren. Eines der vielversprechendsten Ergebnisse dieser Stationsexperimente stammt aus der Untersuchung eines Proteins, das mit der Du-Chenne-Muskeldystrophie (DMD), einer unheilbaren genetischen Störung, in Zusammenhang steht. Eine auf dieser Forschung basierende Behandlung von DMD befindet sich in klinischen Studien. Eine weitere Untersuchung, PCG-5, zielte darauf ab, den therapeutischen Antikörper Keytruda ^® zu züchten in einer gleichmäßigeren kristallinen Form. Ziel war es, das Medikament so zu verbessern, dass es im Gegensatz zur IV-Behandlung durch Injektion verabreicht werden kann.

Muskelschwund und Knochenschwund bekämpfen

Weltraumstudien haben wesentlich zu unserem Wissen über den Knochen- und Muskelschwund bei Astronauten beigetragen – und wie man diese Auswirkungen mildern kann. Die gewonnenen Erkenntnisse gelten auch für Menschen auf der Erde, die mit Krankheiten wie Osteoporose zu tun haben. Die Wirkung der Mikrogravitation auf Knochen und Muskeln bietet einzigartige Forschungsmöglichkeiten. Wissenschaftler haben eine Trainingsroutine und einen Ernährungsplan entwickelt, die den Knochen- und Muskelschwund, den Astronauten ansonsten während ihres Aufenthalts auf der Station erfahren würden, erheblich reduzieren.

Zu verstehen, wie die Auswirkungen der Mikrogravitation auf Knochen und Muskeln gemildert werden können, ist wichtig für die zukünftige Erforschung der partiellen Schwerkraftumgebungen von Mond und Mars. Auf der Erde tritt Knochen- und Muskelatrophie durch normales Altern, sitzende Lebensweise und Krankheiten auf. Die Untersuchung dieser Verluste in der Mikrogravitation kann uns helfen, sie besser zu verstehen und möglicherweise Behandlungen für Menschen auf der Erde zu entwickeln.

Verstehen, wie sich der Körper in der Mikrogravitation verändert

Wenn Menschen zum Mars aufbrechen, müssen wir wissen, welchen Herausforderungen wir gegenüberstehen. Langzeitaufenthalte an Bord der Raumstation haben unerwartete Wege aufgedeckt, wie sich der menschliche Körper in der Mikrogravitation verändert. Einige Astronauten entwickelten beispielsweise unerwartet Sehstörungen, die heute als Spaceflight-Associated Neuro-Ocular Syndrome (SANS) bekannt sind. Nach der Entdeckung des Problems diente die Raumstationsforschung als Plattform, um SANS besser zu verstehen.

Die Twins Study der NASA verglich den Astronauten Scott Kelly während seines Jahres im Weltraum mit seinem erdgebundenen Zwillingsbruder Mark Kelly. Es lieferte Einblicke in die vielfältigen Auswirkungen einer Langzeit-Raumfahrt auf den menschlichen Körper. Die Ergebnisse zeigten, dass sich Scotts Genexpression veränderte und sein Körper im Weltraum angemessen auf Impfstoffe reagierte.

Nahrung in Mikrogravitation anbauen

Die Fähigkeit, Nahrungsergänzungsmittel anzubauen, kann Menschen helfen, weiter von der Erde entfernt zu forschen. An Bord der Raumstation wurden viele Techniken für den Pflanzenanbau erforscht, um sich auf diese Missionen vorzubereiten. Am 10. August 2015 probierten Astronauten ihren ersten im Weltraum angebauten Salat und Astronauten züchten jetzt Radieschen im Weltraum. Acht Arten von Blattgemüse wurden in der Veggie-Anlage für Astronauten angebaut, um die besten Techniken zu verfeinern.

Neue Lösungen für die Bewässerung, Beleuchtung und den Anbau von Pflanzen müssen getestet werden, um eine Nahrungspflanze in der Mikrogravitation zu erzeugen. Die ISS diente als Plattform zur Durchführung dieser Tests und zur Überprüfung, unter welchen Bedingungen die Pflanzen am effektivsten wachsen können.

3D-Druck in Mikrogravitation

Das erste Objekt wurde 2014 auf der ISS in 3D gedruckt. Der von Made in Space entwickelte Drucker produzierte Dutzende von Teilen, die Forscher analysierten und mit denen am Boden verglichen. Die Analyse ergab, dass die Mikrogravitation keine signifikanten Auswirkungen auf den Prozess hatte, was zeigt, dass ein 3D-Drucker im Weltraum normal funktioniert. Spätere Experimente verwendeten recycelten Kunststoff, um Objekte zu drucken. Die BioFabrication Facility unternahm kleine Schritte zum Drucken menschlicher Organe und Gewebe in der Mikrogravitation unter Verwendung ultrafeiner Schichten von Biotinte.

Das Testen von Druckern auf der ISS ebnet den Weg für zukünftige Weltraummissionen, um unabhängiger von der Erde zu sein. Benötigte Gegenstände könnten 3D-gedruckt werden, anstatt von der Erde geschickt und für die gesamte Reise getragen zu werden. Durch die Verwendung von recyceltem Material zum Drucken könnte Material verwendet werden, das sonst bei Langzeitmissionen nur begrenzten Stauraum einnehmen würde.

Reaktion auf Naturkatastrophen

Mit handgehaltenen Kamerabildern der Crew als Kernkomponente ist die Station zu einem aktiven Teilnehmer an der orbitalen Datenerfassung geworden, um Katastrophenschutzaktivitäten sowohl innerhalb der USA als auch im Ausland zu unterstützen. Astronauten machen während ihres Verlaufs Bilder von Katastrophen wie Stürmen und Bränden und dokumentieren Wolkenbedeckung, Überschwemmungen und Veränderungen des Landes. Der auf der ISS montierte Lightning Imaging Sensor erfasst auch die Verteilung und Variabilität von Blitzen, um die Unwettervorhersage zu verbessern. Diese Daten ermöglichen fundiertere Reaktionen auf Katastrophen aus einer Perspektive, die auf der Erde nicht möglich ist.

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