国際宇宙ステーションでの20年の科学

過去20年間、国際宇宙ステーション（ISS）に搭乗している宇宙飛行士は、他ではできない方法で科学を行ってきました。地球上空約250マイルを周回するISSは、長期間の微小重力研究に利用できる唯一の実験室です。

過去20年間、宇宙ステーションは数多くの発見、科学的革新、ユニークな機会、そして歴史的なブレークスルーをサポートしてきました。この研究は、私たちが宇宙をさらに探索するのに役立つだけでなく、地球上の生命にも利益をもたらします。

以下は、ISSでの20年間の人間の存在の間に達成された主要な科学的進歩です。

基礎疾患研究

アルツハイマー病とパーキンソン病、癌、喘息、心臓病—これらの状態のいずれかがあなたの生活に影響を与えた場合、宇宙ステーションの研究もあなたに影響を与えました。微小重力研究は、これらの病気を研究している科学者に新しい洞察を提供しました。アルツハイマー病の研究者たちは、地球の重力に干渉されることなく、神経変性疾患を引き起こす可能性のあるタンパク質クラスターを研究しました。癌の研究者は、体内の血液、つまり腫瘍が形成するために必要な血液の供給を助ける内皮細胞の成長を研究しました。 ISSで成長した細胞は、地球上の細胞よりもよく成長し、新しい癌治療のテストに役立ちます。欧州宇宙機関の研究は、気道の炎症を定量化する診断ツールの開発に役立っています。これは、宇宙飛行の診断に役立つだけでなく、喘息などの同様の状態を診断するための地球上のアプリケーションも保持します。

着実に燃える涼しい炎の発見

科学者が消火実験（FLEX）の研究で燃料の液滴を燃やしたとき、予期しないことが起こりました。ヘプタン燃料の液滴は消えたように見えましたが、実際には目に見える炎なしで燃え続けました。火は2回消えました—1回は目に見える炎がある場合とない場合です。科学者が燃焼と消滅の二重モードを持ったヘプタン燃料の大きな液滴を観察したのはこれが初めてです。第二段階は、冷炎化学熱放出として知られているものによって維持されました。火について考えるとき、私たちは通常熱について考えますが、ISSに搭載された特別な炎は、物事を少し涼しく保ちます。

燃焼の研究から重力を取り除くことで、炎の基本原理を探求することができます。地球上で冷たい炎が発生しましたが、すぐにちらつきます。 ISSでは、冷たい炎が数分間燃えることがあり、科学者にそれらを研究するより良い機会を与えます。典型的な炎は、すす、二酸化炭素、および水を生成します。冷たい炎は一酸化炭素とホルムアルデヒドを生成します。これらの化学的に異なる炎の挙動についてさらに学ぶことは、より効率的で汚染の少ないビークルの開発につながる可能性があり、大規模な消火テストの定義と方向性、および次世代の乗組員探査ビークルの消火剤の選択を提供する可能性があります。

新しい浄水システム

宇宙ステーションで廃水を効率的にリサイクルすることで、補給任務を通じて水を供給する必要性が減ります。私たちが宇宙の奥深くを旅するにつれて、補給は達成できなくなり、これらのシステムが必要になります。 JEM水回収システム（JWRS）は、尿から飲料水を生成します。過去には、有人宇宙船では、尿と廃水が収集されて保管されるか、船外に排出されていました。ただし、長期の宇宙ミッションでは、水の供給が制限要因になる可能性があります。

さらに、世界中の多くの人々がきれいな水を利用できません。リスクのある地域は、ISS用に開発された技術を通じて高度なろ過および精製システムにアクセスできます。ステーションの水回収システムは、ステーションの水を浄化およびろ過し、宇宙飛行士が宇宙で使用する水の93％を回収してリサイクルします。

医薬品開発

ISSで実施されたタンパク質結晶成長実験は、癌から歯周病まで、多くの病気の治療への洞察を提供してきました。人間のタンパク質を結晶化して研究することは、私たちの体と潜在的な病気の治療についてもっと学ぶのに役立ちます。これらのステーション実験の最も有望な結果の1つは、不治の遺伝性疾患であるデュシェンヌ型筋ジストロフィー（DMD）に関連するタンパク質の研究から得られたものです。この研究に基づくDMDの治療法は臨床試験中です。別の調査であるPCG-5は、治療用抗体Keytruda ^® の増殖を目指しました。 より均一な結晶形で。目標は、点滴治療ではなく注射で投与できるように薬剤を改善することでした。

筋萎縮と骨量減少との闘い

宇宙研究は、宇宙飛行士の骨と筋肉の喪失に関する知識と、それらの影響を軽減する方法に大きく貢献しています。得られた知識は、骨粗鬆症などの病気を扱っている地球上の人々にも当てはまります。微小重力が骨や筋肉に及ぼす影響は、研究のためのユニークな機会を提供します。科学者たちは、宇宙飛行士がステーションに滞在しているときに経験するであろう骨と筋肉の喪失を大幅に減らす運動ルーチンと食事療法を開発しました。

微小重力が骨や筋肉に及ぼす影響を軽減する方法を理解することは、月と火星の部分重力環境での将来の探査にとって重要です。地球上では、骨と筋肉の萎縮は、通常の老化、座りがちな生活習慣、および病気から発生します。微小重力によるこれらの損失を研究することで、それらをよりよく理解し、地球に戻った人々のための治療法を作成できる可能性があります。

微小重力で体がどのように変化するかを理解する

人間が火星に向かうとき、私たちは自分たちが直面している課題を知る必要があります。宇宙ステーションに長期滞在することで、人体が微小重力で変化するという予期せぬ方法が明らかになりました。たとえば、一部の宇宙飛行士は、現在は宇宙飛行関連神経眼症候群（SANS）として知られている、予期せずに視力の変化を起こしました。問題の発見を支援した後、宇宙ステーションの研究はSANSをよりよく理解するためのプラットフォームとして機能しました。

NASAの双子の研究では、宇宙飛行士のスコットケリーと、地球に拘束された双子の兄弟であるマークケリーを比較しました。それは、長期の宇宙飛行が人体に影響を与える多くの方法への洞察を提供しました。調査結果は、スコットの遺伝子発現が変化し、彼の体が宇宙にいる間にワクチンに適切に反応したことを示しました。

微小重力で食料を育てる

補助食品を育てる能力は、人間が地球から遠く離れて探索するのを助けることができます。これらのミッションに備えるために、宇宙ステーションに乗って植物を育てる多くの技術が探求されてきました。 2015年8月10日、宇宙飛行士は最初の宇宙で育ったサラダを試食し、宇宙飛行士は現在、宇宙で大根を育てています。宇宙飛行士が食べるために、8種類の葉物野菜が野菜施設で栽培されており、最高の技術を微調整しています。

微小重力で食用作物を作るには、水やり、照明、植物の成長のための新しいソリューションをテストする必要があります。 ISSは、これらのテストを実行し、植物が最も効果的に成長できる条件を確認するためのプラットフォームとして機能しました。

微小重力での3Dプリント

最初のアイテムは2014年にISSで3Dプリントされました。MadeinSpaceによって開発されたこのプリンターは、研究者が分析し、地上で作られたものと比較した数十の部品を製造しました。分析の結果、微小重力がプロセスに大きな影響を与えていないことが明らかになり、3Dプリンターが宇宙で正常に機能することが実証されました。その後の実験では、再生プラスチックを使用してオブジェクトを印刷しました。 BioFabrication Facilityは、バイオインクの超微細層を使用して、微小重力で人間の臓器や組織を印刷するための小さな一歩を踏み出しました。

ISSでプリンターをテストすることで、将来の宇宙ミッションが地球からより独立する道が開かれます。必要なアイテムは、地球から送られ、旅全体で運ばれるのではなく、3Dプリントされる可能性があります。印刷にリサイクル素材を使用すると、長期間のミッションで限られた収納スペースを占める素材を利用できる可能性があります。

自然災害への対応

乗組員のハンドヘルドカメラ画像をコアコンポーネントとして、ステーションは軌道データ収集に積極的に参加し、米国内外の災害対応活動をサポートしています。宇宙飛行士は、進行中の嵐や火事などの災害の画像を撮り、雲量、洪水、土地の変化を記録します。 ISSに搭載された雷画像センサーは、荒天予報を改善するために、雷の分布と変動も検出します。これらのデータにより、地球上では得られない視点から、より多くの情報に基づいた災害への対応が可能になります。

Tech Briefs TVでISSの発見について詳しくは、こちらをご覧ください 。