Научные исследования сша на мкс кратко

Обновлено: 04.07.2024

В ушедшем году Международная космическая станция отпраздновала 15-летие с начала работы первого долговременного экипажа. Без преувеличения, запуск и эксплуатация МКС стали важнейшей вехой в истории освоения космоса, а сама станция превратилась в главный форпост человеческой цивилизации за пределами родной планеты. За эти годы на МКС было проведено множество научных исследований, затрагивающих самые различные дисциплины: от микробиологии до метеорологии, от медицины до фундаментальной физики. Расскажем об избранных научных работах, проведённых за эти годы на станции, в контексте применения их результатов на Земле и в космосе.

Хрупкость человеческого тела

Если человечество собирается когда-нибудь колонизировать другие планеты, например, Марс, оно должно быть готово к трудностям длительного перелёта и к необычным условиям, с которыми организм столкнётся во время межпланетного путешествия. Одна из самых очевидных сложностей — пребывание человеческого тела в невесомости в течение многих месяцев.

Исследования, проведённые на МКС в условиях микрогравитации, показали, что тело человека в подобном полёте будет терять значительную часть мышечной массы и массы костей. Методика, которая может сгладить эти последствия пребывания в невесомости, включает устройства для нагружающих упражнений, и её испытания показали, что таким образом можно значительно компенсировать потери массы мышц и костей. В сочетании с другими работами, в которых изучалось специальное питание и использование специальных препаратов, эти исследования могут помочь и в лечении земных болезней — например, остеопороза.

Астронавт Европейского космического агентства Франк Де Винне занимается на беговой дорожке с внешним сопротивлением. Международная космическая станция, 17 ноября 2009 года.

Загрязнение межпланетного пространства

Полёт на Марс с человеком на борту является долгосрочной целью многих организаций, занимающихся освоением космоса. Марс вызывает особый интерес, так как это наиболее доступное место за пределами Земли, где жизнь могла бы существовать ранее или даже может существовать прямо сейчас. Крайне важно в таких обстоятельствах, чтобы земные организмы не попали случайно на Марс, и чтобы возможные марсианские крупицы жизни не оказались в земной экосреде.

Некоторые споры бактерий, например, сенная палочка (Bacillus subtilis), на МКС были помещены в открытый космос, правда, с защитой от воздействия солнечного ультрафиолета. В ходе эксперимента споры показали высокие способности к выживанию: вакуум и экстремальные температуры сами по себе оказались неспособны убить их. Подобные организмы способны выжить при перелёте между планетами, для этого им достаточно, к примеру, оказаться на корабле под тонким слоем почвы.

Выращивание кристаллов для медицины

Важнейшей вспомогательной задачей в рамках разработки эффективных медицинских препаратов является исследование формы белковых молекул человека. Важнейшим инструментом для понимания структуры этих молекул является белковая кристаллография. На Земле выращивание кристаллов в жидкости осложнено из-за гравитации, которая вызывает конвекцию, что приводит к выпадению более тяжёлых частиц в осадок.

В условиях микрогравитации кристаллы могут вырастать до более крупных размеров, что позволяет легче анализировать их микроструктуру. Белковые кристаллы, выращенные на МКС, используются в разработке новых препаратов, в том числе против мышечной дистрофии и рака.

Космическое излучение и тёмная материя

Космос пронизан потоками высокоэнергетических заряженных частиц, относительно источников которых нет полной ясности. Некоторые появляются в результате взрывов сверхновых, источниками других может быть наше Солнце. Но во многих случаях природа этих частиц неизвестна.

Наблюдения за заряженными частицами на Земле затруднено из-за атмосферы: поверхности планеты достигают лишь немногие из них. Чтобы лучше понимать, откуда они берутся, нужно детектировать их ещё до попадания в атмосферу. Установленный на МКС магнитный альфа-спектрометр является наиболее чувствительным детектором частиц за пределами планеты. Этот прибор собирает космические лучи и измеряет их энергию и направление.

Первые результаты его работы, полученные в 2013 году, показали, что у электронов и позитронов источники равномерно распределены в пространстве, и каких-то выделенных направлений нет.

Исследование космических частиц может помочь в решении одной из главных загадок Вселенной — что такое тёмная материя. Описывающая её теория предполагает наличие облака из тёмной материи вокруг каждой галактики — в том числе нашей, — что предполагает однородность в потоке частиц, предположительно рождающихся из частиц тёмной материи. Данные, полученные на МКС, не опровергают этих предположений.

Эффективное горение

Зажигание огня на орбитальной станции не выглядит хорошей идеей. Однако, как оказалось, физика пламени в условиях микрогравитации является весьма интересной. Условия МКС оказались удачными для исследования процесса воспламенения крохотных капелек топлива.

На Земле пламя принимает свою привычную форму благодаря конвекции, которая вследствие воздействия гравитации поднимает вверх тёплый газ. При микрогравитации нет подъёма, и таким образом пламя принимает расплывчатую сферическую форму вокруг источника огня. Далее, жёлтый цвет пламени образуется раскалёнными крохотными частицами сажи. Сажа образуется из не полностью сгоревшего топлива и является загрязняющим агентом.

В случае микрогравитации процесс сгорания топлива идёт более эффективно. Пламя свечи, которое может быть жёлтым на Земле, в условиях микрогравитации светится синим цветом и производит гораздо меньше дыма.

Подобные исследования позволяют изучать процессы образования сажи, которая оказывает негативное воздействие на окружающую среду и здоровье человека, а также то, как капли топлива в двигателе внутреннего сгорания переходят от жидкости к газу, как они горят. Это может однажды привести к созданию более эффективных конструкций для двигателей внутреннего сгорания на Земле.

Астронавт ЕКА Томас Рейтер, специалист миссии STS-116, работает с пассивными обсерваториями для экспериментальных микробных систем в микро-G (POEMS) в лабораторном морозильнике Minus Eighty Degree для МКС (MELFI) внутри лаборатории Destiny.

Научные исследования по Международная космическая станция представляет собой набор экспериментов, которые требуют одного или нескольких необычных условий, присутствующих в низкая околоземная орбита (Например микрогравитация, (космический) -радиация и экстремальные температуры). Основные области исследований включают: человеческое исследование, космическая медицина, Науки о жизни, физические науки, астрономия и метеорология. [1] [2] В Закон о разрешении НАСА 2005 г. обозначил американский сегмент Международной космической станции в качестве национальной лаборатории с целью расширения использования МКС другими федеральными агентствами и частным сектором. [3]

Исследования на МКС расширяют знания о влиянии длительного пребывания в космосе на человеческий организм. В настоящее время изучаются следующие предметы: мышечная атрофия, потеря костной массы, и жидкостный сдвиг. Данные будут использоваться для определения того, колонизация космоса и продолжительный полет человека в космос возможны. По данным на 2006 год, данные о потере костной массы и мышечной атрофии предполагают, что существует значительный риск переломов и проблем с движением, если астронавты приземлятся на планете после длительного межпланетного круиза (например, шести месяцев путешествия, необходимого для лететь на Марс). [4] [5] Масштабные медицинские исследования проводятся на борту МКС через Национальный институт космических биомедицинских исследований (NSBRI). Среди них выделяется Расширенный диагностический ультразвук в условиях микрогравитации изучают, в каких астронавтах (включая бывших командиров МКС) Лерой Чиао и Геннадий Падалка) выполнять ультразвуковое сканирование под руководством удаленных специалистов. В исследовании рассматриваются вопросы диагностики и лечения заболеваний в космосе. Обычно на борту МКС нет врача, и диагностика заболеваний является сложной задачей. Ожидается, что ультразвуковое сканирование с дистанционным управлением найдет применение на Земле в экстренных случаях и при оказании помощи в сельской местности, когда доступ к квалифицированному врачу затруднен. [6] [7] [8]

Исследователи изучают влияние почти невесомой среды станции на эволюцию, развитие, рост и внутренние процессы растений и животных. В ответ на некоторые из этих данных НАСА хочет исследовать микрогравитациявлияние на рост трехмерных, похожих на человека тканей, и необычные кристаллы протеина, которые могут образовываться в космосе. [9]

Изучение физики жидкостей в условиях микрогравитации позволит исследователям лучше моделировать поведение жидкостей. Поскольку жидкости можно почти полностью объединить в условиях микрогравитации, физики исследуют жидкости, которые плохо смешиваются на Земле. Кроме того, изучение реакций, замедляемых низкой гравитацией и температурой, даст ученым более глубокое понимание сверхпроводимость. [9]

Изучение материаловедение является важной исследовательской деятельностью МКС с целью получения экономических выгод за счет совершенствования методов, используемых на земле. [10] Другие области, представляющие интерес, включают влияние окружающей среды с низкой гравитацией на горение посредством изучения эффективности сжигания и контроля выбросов и загрязняющих веществ. Эти результаты могут улучшить наши знания о производстве энергии и привести к экономическим и экологическим выгодам. В дальнейших планах исследователи на борту МКС изучат аэрозоли, озон, водяной пар, и оксиды в атмосфере Земли, а также космические лучи, космическая пыль, антивещество, и темная материя во вселенной. [9]

Содержание

Научные объекты МКС

[11] [12]
МКС включает в себя ряд модулей, посвященных научной деятельности, а также другое оборудование, предназначенное для той же цели.
Лабораторные модули:

Колумбус
Судьба
Кибо или Японский экспериментальный модуль
Poisk или Мини-исследовательский модуль 2
Рассвет или Мини-исследовательский модуль 1
Наука или Многоцелевой лабораторный модуль (еще не запущен)

Научное оборудование, не подключенное ни к одному лабораторному модулю:

Купол или ELC [13] (ESP) ЗАПЧАСТИ (НИЦЕР) [14][15]

Колумбус

Внутреннее научное оборудование:

Внешнее научное оборудование:

Судьба

Планируется к запуску:

нуждается в обновлении

Второй перчаточный ящик, MSG-2 или перчаточный ящик Live Science LSG

Кибо

[24]
Внутреннее научное оборудование:

Внешнее научное оборудование:

Poisk

Малогабаритное оборудование МКС

Подставка МКС

Размещение МКС

Рундук на средней палубе МКС

Вставка в рундук средней палубы ISS

Исследования и научная деятельность JAXA в области МКС

Эксперименты

[98][99][100][101][102][103]
Рост однородных кристаллов SiGe в условиях микрогравитации методом TLZ (Hicari) (печь градиентного нагрева (GHF)) [104][105]
Контроль клеточной дифференцировки и морфогенеза клеток культуры амфибий (Dome Gene) [106]
РНК-интерференция и фосфорилирование белков в космической среде с использованием нематоды Caenorhabditis elegans (CERISE)
Cbl-опосредованное убиквитинирование белков подавляет реакцию клеток скелетных мышц на факторы роста в космосе (Myo Lab) [107]
Биологические эффекты космического излучения и микрогравитации на клетки млекопитающих (Neuro Rad) [108][109]

Прикладные направления исследований

Программа продвижения основных центров прикладных исследований Разработка новых материалов (Исследовательский центр кристаллизации белков (PCRF))
Программа продвижения основного центра прикладных исследований Dynamics of Interfaces (Cell Biology Experiment Facility (CBEF))

Направления развития космических технологий человека

Образовательные и культурные сферы использования

Экспериментальные миссии для использования в культуре, гуманности и социальных науках

Области коммерческого использования

Платное использование Kibo доступно неограниченным исследовательским группам для коммерческого использования. Затраты, связанные с операцией, оплачиваются каждым пользователем. Результаты, полученные в результате использования, будут принадлежать пользователю. [98]

Эксперименты на выставленных объектах

Исследования и научная деятельность НАСА на МКС

Человеческие исследования

Влияние длительного космического полета на скелетные мышцы человека

Сердечно-сосудистая и легочная системы

Системы здравоохранения экипажа

Человеческое поведение и производительность

Тела в космической среде - это эксперимент, проводившийся с 2009 по 2010 год, изучающий, как люди воспринимают относительное направление в космосе. [140][141][142][143][144][145]

Иммунная система

Комплексная физиология

Неврологическая и вестибулярная системы

Радиация

Прочие эксперименты

Биология и биотехнология

Биология животных

Клеточная биология и биотехнология

Микробиология

В августе 2020 года ученые сообщили, что бактерии с Земли, особенно Дейнококк радиодуранс бактерии, обладающие высокой устойчивостью к экологические опасности, были обнаружены, что выживали в течение трех лет в космическое пространство, на основе исследований, проведенных на Международная космическая станция. Эти данные подтверждают идею панспермия, гипотеза о том, что жизнь существует на протяжении всего Вселенная, распространяются различными способами, в том числе космическая пыль, метеороиды, астероиды, кометы, планетоиды или загрязненный космический корабль. [201] [202]

Биология растений

Кристаллизация белка

Прочие эксперименты

Физические науки и науки о материалах

Наука о горении

Физика жидкости

Материаловедение

Прочие эксперименты

Развитие технологий

Характеристика микрогравитационной среды на МКС

Экологический мониторинг МКС

Пикоспутники и технологии управления

Материалы космического корабля

Системы космических аппаратов

Космические аппараты и орбитальные среды

Прочие эксперименты

Наука о Земле и космосе

Наука о планете Земля

Космическая наука

Другие мониторы и обсерватории с мест

Результаты работы МКС

Наука по инициативе экипажа

Образовательная деятельность

Экологический мониторинг МКС

Медицинское наблюдение за членами экипажа МКС

Системы космических аппаратов

Космические аппараты и орбитальные среды

Цель испытаний развития станции

Дополнительная медицинская цель

ЕКА сообщило об исследованиях и научной деятельности МКС

Подобно НАСА и ДЖАКСА, ЕКА также провело многочисленные эксперименты на Международной космической станции.

РКК "Энергия" рассказала о научно-исследовательской деятельности МКС

Исследования человеческой жизни

Геофизические исследования

Зондирование ресурсов Земли

Космическая биотехнология

Технические исследования

Контрактная деятельность

Изучение космических лучей

Образовательные и гуманитарные проекты

Космические технологии и материаловедение

[505][506][507][508] (совместный российско-германский эксперимент, 1998 - 2004 гг.) [509][510][511] (совместный российско-германский эксперимент)

Зарубежные программы

Другой

В мае 2011 г. Космический шатл Стремление миссия СТС-134 несут 13 Лего комплекты для МКС, где астронавты строили модели и видели, как они реагируют в условиях микрогравитации, в рамках программы Lego Bricks in Space. Результаты были переданы школам в рамках образовательного проекта. [513] [514]

Scientific American (США) рассказывает о научном приборе на МКС, который изучает состав космических лучей и ищет антиматерию и темную материю. Эти исследования настолько важны, что, когда в работе прибора возникли проблемы, НАСА, не задумываясь, решило его отремонтировать.

Находящийся на борту Международной космической станции магнитный альфа-спектрометр (МАС) последние восемь с половиной лет собирает коллекцию из заряженных космических лучей, которые движутся в космосе почти со скоростью света. В отличие от земных детекторов частиц, космический альфа-спектрометр не привязан к ускорителю, а изучает свою добычу в чистом виде, в каком она существует в космическом вакууме, не испытывая на себе воздействия атмосферы нашей планеты. Цель эксперимента — найти ответы на самые важные загадки нашей Вселенной, например, из чего состоит невидимая темная материя, которая как будто преобладает в космосе, и почему в ней больше материи, чем антиматерии.

На сегодня с помощью спектрометра удалось исследовать более 145 миллиардов заряженных космических лучей, в результате чего на свет появилось 16 научных работ, а также великое множество интригующих вопросов. Но в 2014 году у спектрометра возникли проблемы с системой охлаждения, грозившие преждевременно остановить научные исследования. НАСА решила заменить вышедшее из строя оборудование во время сложных выходов астронавтов в космос. Эта работа началась 15 ноября. Если она завершится успешно, магнитный альфа-спектрометр проработает еще много лет, и не исключено, что он разгадает самые таинственные на сегодня загадки.

Заманчивые тайны

Самое логичное объяснение, говорит Тинг, заключается в том, что детектор частиц, ставший совместным проектом 56 организаций из 16 стран, видит побочные продукты столкновений частиц темной материи с относительно большой массой. Но очень любопытная динамика может также быть результатом воздействия близлежащих пульсаров или каких-то иных явлений.

Другая интригующая находка МАС — антигелиевые частицы. Это частицы из антиматерии, содержащие два антипротона и один антинейтрон. Эти результаты исследователи пока не опубликовали.

Ремонт

Как оказалось, у насосов недостаточно внутренней смазки, и они постепенно изнашиваются, а это вызывает остановки. НАСА попыталась понять, возможно ли вообще произвести замену системы охлаждения во время выхода в открытый космос.

В дополнение к новой системе насосов инженеры и техники спроектировали, создали и испытали около 25 специальных инструментов для этой работы, и отправили все это на станцию тремя разными грузовыми кораблями. Агентство также подготовило членов экипажа Луку Пармитано (Luca Parmitano) из Европейского космического агентства и Эндрю Моргана (Andrew Morgan) из НАСА к проведению этой утомительной работы.

Когда астронавты в прошлом месяце в первый раз выплыли из переходного шлюза в открытый космос, у спектрометра оставался всего один исправный насос. Он работал на 60% от максимальной нагрузки, и в нем почти закончился CO2.

Осторожные маневры

За шесть с половиной часов работы в открытом космосе Пармитано и Морган сняли защитный экран магнитного альфа-спектрометра и сбросили его по траектории, исключающей возможность столкновения с корпусом станции. Затем астронавты убрали изоляцию и крышку с внутренней опорной балки МАС, под которыми находятся 10 трубок из нержавеющей стали, каждая диаметром с соломинку для коктейля. Шесть трубок предстояло срезать и вставить в новый насос во время следующего выхода в космос, а потом надо было сделать то же самое еще с двумя трубками, находящимися по другую сторону детектора. Неделей позже астронавты снова вышли в космос, чтобы проработать там шесть часов. Они осторожно срезали восемь трубок, выведя из строя всю систему охлаждения. Во время третьего выхода в космос 2 декабря они смонтировали новую систему трубопроводов для охлаждения.

Время четвертого и последнего выхода в космос с целью ремонта альфа-спектрометра пока не определено. Выйдя в космос в последний раз, астронавты должны будут устранить утечки, могущие появиться в отремонтированной трубной разводке, которая пока не опрессована. Они также поставят изоляционный кожух над новым цилиндром насоса, что поможет регулировать температуру.

Система охлаждения очень важна для работы сердца МАС — девяти слоев силиконовых устройств слежения, которые измеряют траекторию и электрический заряд пролетающих мимо частиц. Мощный магнит спектрометра искривляет траекторию подлетающих частиц, направляя их в ту или иную сторону в зависимости от заряда (положительный или отрицательный). Данные об отклонении частицы в магнитном поле можно также использовать для расчета момента силы. Ученые постепенно собирают данные измерений энергии и момента силы, формируя новый взгляд на Вселенную.

НАСА узнает о том, заработает ли снова МАС, только после четвертого выхода астронавтов в космос.

Несмотря на многочисленные сложности, у НАСА не было никаких сомнений в необходимости ремонта альфа-спектрометра.

Один комик сказал, что если где-то есть территория без флагов вообще, то американцы костьми лягут, но воткнут там свой. В истории освоения космоса до сих пор много непонятного. Кто все же вырвался вперед, американцы или русские? Была ли высадка на Луну? Как обычные люди могут попасть в астронавты?

American Butler ответит на все – мы расскажем вам о том, что на самом деле представляет из себя космическая отрасль США.

Космическая программа США: от терниев до звезд

История освоения Америкой космоса началась с создания в 1915 году NACA — консультативного органа, которое занималось изучением космоса. Но это была лишь теория, к 1958 году NACA превратилась в NASA — Американского комитета по воздухоплаванию. Тогда же началась особо активная стадия космической гонки между СССР и США. Для победы в ней требовались активные действия — спутники, ракеты с экипажем, новые открытия.

Тут же стоит оговориться, что это гражданская организация, отвечающая за научные экспедиции и коммерческие проекты. Все военные разработки находятся под ведомством космических подразделений ВВС США и никакого доступа к информации о них нет. Как, впрочем, и в любой другой стране, имеющей космические программы.

За 60 лет существования, американская космическая программа совершила множество суборбитальных (на баллистических траекториях) и орбитальных полетов. Силами США были организованы огромные кампании со множеством миссий:

Помимо общегосударственных, в США появились и частные космические проекты. Самый известный из них — Space-X под руководством Илона Маска. Корабли производства Space-X в данный момент являются самыми передовыми и востребованными в мире.

Космическая гонка СССР против USA – версия 2.0

Сравнивать Россию и Америку тут не совсем корректно, потому что каждый в итоге внес свой огромный вклад. Но все же можно выделить измеримые и важные критерии сравнения роли двух сверхдержав в космосе.

США	Россия
Основное направление развития, цель	Научные, коммерческие и оборонные проекты: большие планы по использованию ресурсов космоса. Привлечение большой доли частного финансирования. Главное — выжать из космоса практическую пользу	Более имиджевый проект: для практического применения научных открытий в последние годы недостаточно ресурсов и специалистов. Главное — сохранить имидж космической державы-первопроходца
Число модулей на МКС (на 2018 год)	7 из 15	5 из 15
Годовые бюджеты	NASA — примерно $20 млрд	Роскосмос — примерно $2,4 млрд

Так был ли человек на Луне

Это мы доподлинно узнаем еще очень нескоро. Но с вероятностью в 75% — да, был.

После того, как высадка Нила Армстронга и Базза Олдрина на поверхность Луны была опубликована (а было это в июле 1969 года), зародилось множество теорий заговора. И американские, и советские скептики долго выискивали следы подлога. Звучали версии, что США инсценировали посадку в съемочном павильоне, чтобы отвлечь людей от собственных провалов во Вьетнаме и заодно утереть нос Советскому Союзу, отомстить за Гагарина.

Среди доводов были и вполне вероятные — флаг не мог развеваться в ваккуме, космонавтов в прыжке отбрасывало недостаточно высоко, на кадрах нет кратеров, вонзить флаг в лунный грунт невозможно… Но даже, казалось бы, идейные враги отрицают вероятность обмана. Советские космонавты, инженеры, конструкторы и ученые практически в один голос говорят о том, что высадка была. Более того, в течение трех лет после американцы еще 5 раз сходили на поверхность Луны.

Возможно, американское правительство в 69-м действительно делало подсъемки на студии, но лишь для того, чтобы процесс был более зрелищным и динамичным для обывателей. Никаких весомых доказательств фальсификации до сих пор не представлено.

Как полететь в космос

Особенно активно над этим работают частные космические компании. По части ценников и подготовки все довольно разнится, но можно точно сказать одно: это очень дорого и очень трудно. Например, основатель Cirque du Soleil Ги Лалиберте за возможность полететь в космос выложил $35 млн и потратил больше года на сложную физическую подготовку.

Но если все же хочется и можется, то провайдера можно даже выбрать. Помимо NASA в Америке космическим туризмом и частными космическими проектами занимаются:

Тема космоса бесконечна, как и сама вселенная. И самое приятное в ней то, что абсолютно все космические объекты, фотографии, видео и разработки NASA считаются достоянием народа США. А значит, их можно абсолютно свободно посмотреть — стоит лишь приехать в штаты.

Компания American Butler может помочь не только с транспортом, но и с экскурсиями по самым интересным местам космической славы Америки.

Читайте также: