国际空间站上的 20 年科学

在过去的二十年里，国际空间站 (ISS) 上的宇航员以其他任何地方都无法做到的方式开展科学工作。国际空间站在地球上方约 250 英里的轨道上运行，是唯一可用于长期微重力研究的实验室。

在过去的 20 年里，空间站支持了无数的发现、科学创新、独特的机遇和历史性的突破。这项研究不仅有助于我们探索更远的太空，也有益于地球上的生命。

以下是人类在国际空间站工作 20 年来取得的重大科学突破。

基础疾病研究

阿尔茨海默病和帕金森病、癌症、哮喘和心脏病——如果这些疾病中的任何一种影响了你的生活，空间站研究也会影响你。微重力研究为研究这些疾病的科学家提供了新的见解。没有地球引力的干扰，阿尔茨海默病的研究人员已经研究了可能导致神经退行性疾病的蛋白质簇。癌症研究人员研究了帮助供应体内血液的内皮细胞的生长——肿瘤形成所需的血液。国际空间站生长的细胞比地球上的细胞生长得更好，可以帮助测试新的癌症治疗方法。欧洲航天局的研究帮助开发了量化气道炎症的诊断工具——这些工具不仅有助于航天诊断，而且还可以在地球上应用以诊断哮喘等类似疾病。

发现稳定燃烧的冷焰

当科学家在火焰熄灭实验 (FLEX) 研究中燃烧燃料液滴时，发生了意想不到的事情。一个庚烷燃料液滴似乎熄灭了，但实际上在没有可见火焰的情况下继续燃烧。火熄灭了两次——一次有火焰，一次没有火焰。这是科学家们第一次观察到具有燃烧和消光双重模式的庚烷燃料大液滴。第二阶段由所谓的冷火焰化学热释放来维持。当我们想到火时，我们通常会想到热量，但国际空间站上产生的特殊火焰让事情变得更凉爽。

从燃烧研究中去除重力可以探索火焰的基本原理。地球上已经产生了冷火焰，但它们很快就会熄灭。在国际空间站上，冷火焰可以燃烧几分钟，为科学家们提供了更好的研究机会。典型的火焰会产生烟灰、二氧化碳和水。冷火焰产生一氧化碳和甲醛。更多地了解这些化学性质不同的火焰的行为，可能会导致开发更高效、污染更少的车辆，并可能为大规模灭火测试和为下一代乘员探索车辆选择灭火剂提供定义和方向。

新型净水系统

在空间站上有效地回收废水可以减少通过补给任务提供水的需要。随着我们深入太空，补给将无法实现，因此这些系统成为必需品。 JEM 水回收系统 (JWRS) 从尿液中产生饮用水。过去在载人航天器上，尿液和废水被收集和储存，或排放到船外。然而，对于长期的太空任务，供水可能成为一个限制因素。

此外，世界各地的许多人无法获得干净的水。通过为国际空间站开发的技术，高危地区可以使用先进的过滤和净化系统。空间站的水回收系统对空间站的水进行净化和过滤，回收和循环利用宇航员在太空中使用的 93% 的水。

药物开发

在国际空间站上进行的蛋白质晶体生长实验为从癌症到牙龈疾病的多种疾病治疗提供了见解。通过结晶来研究人类蛋白质有助于我们更多地了解我们的身体和潜在的疾病治疗方法。这些站实验最有希望的结果之一来自对与杜氏肌营养不良症 (DMD) 相关的蛋白质的研究，这是一种无法治愈的遗传疾病。基于这项研究的 DMD 治疗方法正在临床试验中。另一项研究 PCG-5 旨在培育治疗性抗体 Keytruda ^® 以更均匀的结晶形式。目标是改进药物，使其可以通过注射给药，而不是静脉给药。

对抗肌肉萎缩和骨质流失

太空研究大大有助于我们了解宇航员的骨骼和肌肉损失——以及如何减轻这些影响。获得的知识也适用于地球上患有骨质疏松症等疾病的人们。微重力对骨骼和肌肉的影响为研究提供了独特的机会。科学家们已经开发出一种锻炼程序和饮食方案，可以显着减少宇航员在空间站期间所经历的骨骼和肌肉损失。

了解如何减轻微重力对骨骼和肌肉的影响对于未来在月球和火星的部分重力环境中进行探索非常重要。在地球上，正常衰老、久坐不动的生活方式和疾病会导致骨骼和肌肉萎缩。研究微重力下的这些损失可以帮助我们更好地了解它们，并有可能为地球上的人们创造治疗方法。

了解身体在微重力环境中的变化

当人类前往火星时，我们需要知道我们面临哪些挑战。在空间站上的长期停留揭示了人体在微重力环境中发生变化的意想不到的方式。例如，一些宇航员出乎意料地出现了视力变化，现在被称为航天相关神经眼综合征 (SANS)。在帮助发现问题后，空间站研究已成为更好地了解 SANS 的平台。

美国宇航局的双胞胎研究将宇航员斯科特凯利在太空中的一年与他在地球上的双胞胎兄弟马克凯利进行了比较。它提供了对长期太空飞行影响人体的多种方式的见解。研究结果表明，斯科特的基因表达发生了变化，他的身体在太空中对疫苗做出了适当的反应。

在微重力下种植食物

种植补充食物的能力可以帮助人类探索离地球更远的地方。在空间站上探索了许多种植植物的技术，为这些任务做准备。 2015 年 8 月 10 日，宇航员品尝了他们的第一个太空沙拉，宇航员现在正在太空种植萝卜。 Veggie 设施中种植了八种绿叶蔬菜供宇航员食用，微调了最佳技术。

必须对浇水、照明和种植植物的新解决方案进行测试，以在微重力条件下培育粮食作物。国际空间站充当了执行这些测试和验证植物最有效生长的条件的平台。

微重力下的 3D 打印

第一个项目是 2014 年在国际空间站上进行的 3D 打印。这台打印机由 Made in Space 开发，生产了数十个零件，研究人员对这些零件进行了分析并与地面制造的零件进行了比较。分析表明，微重力对该过程没有显着影响，表明 3D 打印机在太空中正常工作。后来的实验使用再生塑料打印物体。 BioFabrication Facility 朝着在微重力环境中打印人体器官和组织的方向迈出了一小步，使用了超细的生物墨水层。

在国际空间站上测试打印机为未来的太空任务更加独立于地球铺平了道路。所需物品可以 3D 打印，而不是从地球发送并在整个旅程中携带。使用回收材料进行打印可以利用在长期任务中占用有限装载空间的材料。

应对自然灾害

以机组人员手持摄像机图像为核心组件，该站已成为轨道数据收集的积极参与者，以支持美国和国外的救灾活动。宇航员在整个过程中拍摄风暴和火灾等灾难的图像，记录云层覆盖、洪水和土地变化。安装在国际空间站上的闪电成像传感器还可以检测闪电的分布和变化，以改进恶劣的天气预报。这些数据允许从地球上无法获得的角度对灾害做出更明智的反应。

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