Station Science 101 | Badania w mikrograwitacji: Wyżej, szybciej, dłużej
Międzynarodowa Stacja Kosmiczna zapewnia unikalne cechy, które umożliwiają innowacyjne badania, w tym mikrograwitację, ekspozycję na przestrzeń kosmiczną, unikalną orbitę i praktyczną obsługę przez członków załogi.
Stacja kosmiczna zapewnia stały, długoterminowy dostęp do mikrograwitacji. Wyeliminowanie wpływu ziemskiej grawitacji na eksperymenty jest przełomem w wielu dyscyplinach, w tym w badaniach nad istotami żywymi oraz procesami fizycznymi i chemicznymi. Na przykład, bez grawitacji gorące powietrze nie unosi się, więc płomienie stają się kuliste i zachowują się inaczej. Usunięcie sił napięcia powierzchniowego i ruchu kapilarnego pozwala naukowcom dokładniej badać zachowanie płynów.
Prędkość, wzór i wysokość orbity stacji kosmicznej zapewniają wyjątkowe korzyści. Poruszając się z prędkością 17 500 mil na godzinę, okrąża ona planetę co 90 minut, mijając większość ziemskich lądów i skupisk ludności w dzień i w ciemności. Jej 250-milowa wysokość jest wystarczająco niska, aby umożliwić szczegółową obserwację obiektów, zjawisk atmosferycznych i klęsk żywiołowych pod różnymi kątami i przy zmiennych warunkach oświetleniowych. Jednocześnie stacja znajduje się wystarczająco wysoko, aby badać wpływ promieniowania kosmicznego na trwałość materiałów i adaptację organizmów oraz badać zjawiska takie jak gwiazdy neutronowe i czarne dziury. Statek kosmiczny umieszcza również instrumenty obserwacyjne poza ziemską atmosferą i polem magnetycznym, które mogą zakłócać obserwacje z ziemi.
Inne satelity na orbicie zawierają eksperymenty naukowe i prowadzą obserwacje Ziemi, ale stacja kosmiczna ma również członków załogi na pokładzie, którzy zarządzają i utrzymują działalność naukową. Operatorzy mogą reagować i oceniać zdarzenia w czasie rzeczywistym, wymieniać próbki eksperymentów, rozwiązywać problemy i obserwować wyniki z pierwszej ręki. Członkowie załogi pakują również próbki eksperymentów i wysyłają je z powrotem na ziemię w celu szczegółowej analizy.
Dzięki długowieczności stacji kosmicznej eksperymenty mogą być kontynuowane przez miesiące, a nawet lata. Naukowcy mogą zaprojektować dalsze badania w oparciu o poprzednie wyniki, a każda wyprawa daje szansę na zwiększenie liczby uczestników badań na ludziach.
Jednym z obszarów długoterminowych badań na ludziach są zmiany w widzeniu, które po raz pierwszy zaobserwowano, gdy astronauci zaczęli spędzać miesiące w kosmosie. Naukowcy zastanawiali się, czy płyny przemieszczające się z dolnej do górnej części ciała w warunkach mikrograwitacji powodowały zwiększone ciśnienie wewnątrz głowy, które zmieniało kształt oczu. Badanie Fluid Shifts rozpoczęło się w 2015 roku i kontynuowało pomiar zakresu zmian płynów u wielu astronautów do 2020 roku.1
Niezależnie od tego, czy pierwotne badanie jest długie czy krótkie, przejście z laboratorium do praktycznych zastosowań może zająć lata. Wiąże się to z wieloma etapami, z których niektóre są długotrwałe. Po pierwsze, badacze muszą sformułować pytanie i możliwą odpowiedź lub hipotezę. Na przykład w badaniu Fluid Shifts zastanawiano się, co powoduje zmiany widzenia, a możliwą odpowiedzią było zwiększone ciśnienie płynu w głowie. Naukowcy muszą następnie zaprojektować eksperyment, aby przetestować hipotezę, określając, jakie dane należy zebrać i jak to zrobić. NASA weryfikuje propozycje pod kątem wartości naukowej i znaczenia dla celów agencji. Wybrane badania są przypisywane do misji, zazwyczaj kilka miesięcy w przyszłości. NASA współpracuje z badaczami, aby spełnić ich wymagania naukowe, uzyskać zgody, zaplanować szkolenie załogi, opracować procedury lotu, uruchomić sprzęt i zapasy oraz zebrać wszelkie potrzebne dane przed lotem. Po uruchomieniu badania rozpoczyna się gromadzenie danych podczas lotu. Po zakończeniu zbierania danych naukowcy potrzebują czasu na ich analizę i określenie ich znaczenia. Może to zająć rok lub dłużej.
Naukowcy piszą następnie artykuł na temat wyników - co może zająć wiele miesięcy - i przesyłają go do czasopisma naukowego. Czasopisma wysyłają artykuł do innych ekspertów w tej samej dziedzinie, co jest procesem znanym jako wzajemna weryfikacja. Według jednej z analiz, recenzja ta zajmuje średnio 100 dni.2 Redaktorzy mogą poprosić o dodatkową analizę i poprawki w oparciu o tę recenzję przed publikacją.
Aspekty badań na stacji kosmicznej mogą wydłużyć ten proces. Ogólnie rzecz biorąc, im więcej badanych, tym lepiej - od 100 do 1000 badanych dla statystycznie istotnych wyników badań klinicznych. Ale stacja kosmiczna zazwyczaj mieści tylko około sześciu osób na raz.
Efekty świetlne pokazują, jak potrzeba większej liczby badanych wydłuża czas badania. W badaniu tym sprawdzano, czy dostosowanie intensywności i koloru oświetlenia wewnątrz stacji może pomóc w poprawie rytmu dobowego załogi, snu i wydajności poznawczej. Aby zebrać dane od wystarczającej liczby członków załogi, badanie trwało od 2016 do 2020 r.
Inne długotrwałe badania dotyczące przystosowania się ludzi do życia w kosmosie obejmują badania nad utratą mięśnia sercowego i zestaw długoterminowych badań nad odżywianiem, w tym produkcją świeżej żywności w kosmosie.
W przypadku badań z zakresu nauk fizycznych badacze mogą wysyłać partie próbek na stację kosmiczną i szybciej zbierać dane, ale wyniki mogą stwarzać potrzebę dodatkowych badań. Burning and Suppression of Solids (BASS) badał charakterystykę szerokiej gamy próbek paliwa w latach 2011-2013, a BASS-II kontynuował tę pracę do 2017 roku. Seria demonstracji bezpieczeństwa pożarowego Saffire rozpoczęła się w 2016 roku i zakończyła w 2024 roku. Naukowcy odpowiedzieli na wiele palących (gra słów zamierzona) pytań, ale wciąż muszą się wiele nauczyć o zapobieganiu, wykrywaniu i gaszeniu pożarów w kosmosie.
Czas oczekiwania na wyniki naukowe może być długi, zwłaszcza w warunkach mikrograwitacji. Ale te wyniki mogą być warte czekania.
Melissa GaskillInternational Space Station Research Communications TeamJohnson Space Center
Przeszukaj tę bazę danych eksperymentów naukowych, aby dowiedzieć się więcej o tych wymienionych powyżej.
Cytaty:
1 Macias BR, Liu JHK, Grande-Gutierrez N, Hargens AR. Ciśnienie wewnątrzgałkowe i wewnątrzczaszkowe podczas pochylania głowy w dół z niższym podciśnieniem ciała. Aerosp Med Hum Perform. 2015; 86(1):3-7. https://www.ingentaconnect.com/content/asma/amhp/2015/00000086/00000001/art00004;jsessionid=31bonpcj2e8tj.x-ic-live-01
2 Powell K. Does it take too long to publish research? Nature 530, s. 148-151 (2016). https://www.nature.com/articles/530148a
Dziękujemy, że przeczytałaś/eś artykuł! Obserwuj nas w Wiadomościach Google.
