فضانوردان در فضا چه‌ می‌کنند؟ مروری بر جذاب‌ترین آزمایش‌های ایستگاه فضایی بین‌المللی

ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) نه‌فقط شاهکار مهندسی باورنکردنی است، بلکه آزمایشگاهی منحصربه‌فرد است که در مدار ۴۰۰ کیلومتری سطح زمین می‌چرخد.

پژوهش‌های انجام‌شده در ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) مزایای زیادی برای اکتشافات فضایی و حیات روی زمین دارد. محیط ریزگرانشی ایستگاه فضایی بین‌المللی محیط آزمایشگاهی منحصربه‌فردی ارائه می‌دهد تا دانشمندان بتوانند پدیده‌هایی را مطالعه کنند که مشاهده آنها در شرایط عادی غیرممکن است.

با آزمایش‌هایی در حوزه‌های زیست‌شناسی، فیزیک، علم مواد و سایر زمینه‌ها، پژوهشگران به اکتشافاتی دست یافته‌اند که می‌تواند منجر به فناوری‌های جدید، سلامت بهتر و فرایندهای صنعتی کارآمدتر روی زمین شود.

این پیشرفت‌ها شامل بهبود درمان‌های پزشکی، حفاظت بیشتر از محیط‌‌زیست و پیشرفت فناوری‌ها در هوافضا و فراتر از آن می‌شود.

علاوه‌براین، پژوهش‌های فضایی مستقیم به آماده‌سازی بشر برای مأموریت‌های طولانی‌مدت در اعماق فضا کمک می‌کند. آزمایش‌ها روی ایستگاه فضایی بین‌المللی به دانشمندان کمک می‌کند بفهمند بدن انسان چگونه به شرایط سخت فضا واکنش نشان می‌دهد و آنها را قادر می‌سازد تا راهبردهایی برای محافظت از سلامت فضانوردان طی اقامت طولانی‌مدت خارج از مدار زمین توسعه دهند.

این تلاش‌ها راه را برای مأموریت‌های آینده به ماه، مریخ و فراتر از آن هموار می‌کند و تضمین می‌کند اکتشافات فضایی نه‌فقط برای فضانوردان بلکه برای کل بشریت مفید است.

در ادامه به شماری از مطالعات اخیر در ایستگاه فضایی بین‌المللی می‌پردازیم که می‌تواند اهمیت وجود چنین فضایی را در بهبود کیفیت زندگی انسان آشکار کند.

تأثیر ریزگرانش بر ادراک بصری: چگونه فضانوردان دقت کاری خود را حفظ می‌کنند

در تحقیق اخیر ناسا درباره تأثیرات ریزگرانش بر درک بصری، مشخص شده ریزگرانش درک بصری فضانوردان از ارتفاع را تغییر نمی‌دهد و آنها بلافاصله پس از ورود به فضا، بدون نیاز به اقدام خاصی می‌توانند وظایف خود را انجام دهند.

پروژه «VECTION» از آژانس فضایی کانادا مسئول انجام این پژوهش بوده و تطبیق ادراک بصری با شرایط فضا را بررسی کرده است. گرچه نیازی به اقدام متقابل نیست، فضانوردان باید از تأثیرات بالقوه بلندمدت بر ادراک خود آگاه باشند تا در مأموریت‌های طولانی‌مدت آماده‌تر عمل کنند.

زندگی میکروبی در ایستگاه فضایی بین‌المللی

ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) فقط محل زندگی فضانوردان نیست؛ میلیون‌ها میکروب نیز در این محیط وجود دارند. این میکروارگانیسم‌ها که همراه خدمه و بار به ایستگاه می‌آیند، شامل باکتری‌ها و قارچ‌هایی هستند که در ریزگرانش رشد می‌کنند. بیشتر آنها بی‌ضرر یا مفید هستند اما تعدادی از آنها می‌توانند برای سلامتی خدمه، سیستم‌های فضاپیما و محیط‌های سیاره‌ای خطرناک باشند.

تحقیقات گسترده در ISS حقایق جالبی را آشکار کرده است. میکروب‌ها می‌توانند فلز را بخورند، مقاومت آنتی‌بیوتیکی پیدا کرده و با شرایط فضایی سازگار شوند و احتمال بیماری‌زایی آنها افزایش یابد. پژوهش‌هایی مانند آزمایش «Boeing Antimicrobial Coating» به‌دنبال کاهش این خطرات از طریق بررسی پوشش‌هایی هستند که رشد میکروب‌ها را متوقف می‌کنند.

پژوهش‌های شاخصی مانند «Microbial Tracking-2»، باکتری‌های غالب مانند «Staphylococcus» و قارچ‌هایی مانند «Malassezia» را شناسایی کرده‌اند. پروژه‌هایی مانند «Myco» از ژاپن نیز تغییراتی در میکروبیوم پوست فضانوردان و شناسایی آلرژن‌های قارچی بالقوه را نشان داده‌اند. عجیب‌تر اینکه تحقیقات مانند «TEST» میکروب‌های زمینی را در گردوغبار کیهانی شناسایی کرده‌اند که سؤالاتی درباره منشأ آنها ایجاد می‌کند.

این تحقیقات نه‌فقط مأموریت‌های فضایی را ایمن‌تر می‌کند، بلکه فناوری‌هایی را برای زمین نیز ارائه می‌دهد، مانند پوشش‌های آنتی‌میکروبی برای محیط‌های عمومی. شناخت رفتار میکروب‌ها در فضا برای حفظ سلامت خدمه و محافظت از محیط‌های سیاره‌ای آینده ضروری است.

چاپ زیستی سه‌بعدی بافت منیسک در ایستگاه فضایی بین‌المللی

در جهشی هیجان‌انگیز برای پزشکی فضایی، پژوهشگران با موفقیت چاپ سه‌بعدی بافت منیسک -بخش مهمی از غضروف زانو- را در ایستگاه فضایی بین‌المللی انجام دادند. هدف این آزمایش پیشگامانه رسیدگی به آسیب‌های اسکلتی-عضلانی است که ممکن است در مأموریت‌های فضایی طولانی‌مدت رخ دهد.

دانشمندان با استفاده از تجهیزات «BioFabrication» در «ISS»، غضروف زانو را با استفاده از جوهرهای زیستی و سلول‌های انسانی چاپ کردند. این اولین باری است که یک بافت مرتبط با آناتومی انسان در فضا چاپ می‌شود. منیسک شکل خود را در ریزگرانش حفظ می‌کند و بر مشکلات تغییر شکلی که معمولاً تحت گرانش زمین رخ می‌دهد غلبه می‌کند.

پیامدهای این تحقیق فراتر از اکتشاف فضایی است. چاپ زیستی بافت‌ها در فضا می‌تواند راه‌حلی برای درمان جراحات در فضا و مأموریت‌های فرازمینی ارائه دهد. همچنین می‌تواند جایگزینی برای اهدای عضو ارائه دهد و به رفع کمبود روزافزون اعضای بدن در زمین کمک کند.

سازگاری میکروارگانیسم‌ها برای مأموریت‌های فضایی

در فضا، میکروارگانیسم‌ها با چالش‌های منحصربه‌فردی روبه‌رو هستند و درک چگونگی سازگاری ژن‌های آنها برای مأموریت‌های آینده بسیار مهم است. پژوهش اخیر بر تعیین تناسب ژن‌های باکتریایی، به‌ویژه ژن‌های موجود در «N. aromaticavorans»، در شرایط ریزگرانش متمرکز شده است.

با تجزیه‌وتحلیل متابولیسم و رشد باکتری، محققان ژن‌هایی با تناسب بالا را شناسایی کردند که از توانایی باکتری برای سازگاری و رشد در فضا پشتیبانی می‌کنند. این ژن‌های انعطاف‌پذیر بینش‌های ارزشمندی درمورد چگونگی مقابله میکروارگانیسم‌ها با محیط خشن فضا ارائه می‌دهند.

این یافته‌ها می‌تواند پیامدهای قابل‌توجهی برای مأموریت‌های فضایی آینده، به‌ویژه در بهینه‌سازی باکتری‌ها برای کاربردهای عملی مانند بازیافت زباله و تولید سوخت زیستی، و تضمین پایداری طی سفرهای فضایی طولانی‌مدت داشته باشد.

پیری قلب در فضا: چگونه ریزگرانش بر بافت‌ قلب تأثیر می‌گذارد؟

اثرات ریزگرانش بر بدن انسان بسیار گسترده است و تحقیقات جدید به بررسی تأثیر آن بر سلامت قلب پرداخته‌اند. پژوهشگران با استفاده از بافت‌های سه‌بعدی کشت‌شده قلبی، اثرات ریزگرانش را بر عملکرد قلب مطالعه کردند و تغییراتی مشابه بیماری‌های قلبی-عروقی مرتبط با افزایش سن، مانند آریتمی‌ها و کاهش قدرت عضلانی، مشاهده کردند.

این مطالعه با رشد این بافت‌ها در داربست‌های ساخته‌شده از سلول‌های انسانی، شرایط ریزگرانش را برای تقلید از اثرات آن بر قلب شبیه‌سازی کرد.

یافته‌های به‌دست‌آمده فرصتی بی‌نظیر برای ایجاد اقدامات محافظتی برای فضانوردان در مأموریت‌های طولانی‌مدت فضایی و نیز توسعه درمان‌های جدید برای بیماری‌های قلبی-عروقی در سالمندان فراهم می‌کند و می‌تواند بهبود سلامت قلب در فضا و زمین را امکان‌پذیر سازد.

تولید سلولز در ایستگاه فضایی بین‌المللی: گامی به‌سوی تولید مواد پایدار

در آزمایش پیشگامانه‌ دیگری در ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS)، محققان با موفقیت «Komagataeibacter hansenii»، باکتری معروف به تولید سلولز بالا، را طی 4 هفته کشت دادند. این تیم با استفاده از ماژول «Kirara» که معمولاً برای تبلور پروتئین طراحی شده است، باکتری‌ها را تحت شرایط کنترل‌شده در دمای پایین رشد داده و سطح گاز و هوا را در ظروف کشت تنظیم کردند. این امر منجر به تولید موفق سلولز باکتریایی شد.

این تحقیق پتانسیل قابل‌توجهی برای پشتیبانی از مأموریت‌های فضایی طولانی‌مدت دارد؛ زیرا سلولز باکتریایی می‌تواند برای مصالح ساختمانی، لباس و تأمین انرژی در فضا استفاده شود.

با بهینه‌سازی تولید سلولز در ریزگرانش، اکتشافات اعماق فضا در آینده می‌تواند با منابع مستقیم تولیدشده در فضا پایدارتر شده و وابستگی به منابع زمینی را کاهش دهد.

رشد سریع‌تر نورون در ریزگرانش: راهی برای درمان زوال عصبی

در آزمایشی ابتکاری در ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS)، محققان ارگانوئیدهای سه‌بعدی مغز مشتق شده از سلول‌های بنیادی عصبی افراد مبتلا به «مولتیپل اسکلروزیس» (MS) و «پارکینسون» را کشت دادند. هدف این بود که بررسی شود چگونه گرانش بر رشد مغز و بیان ژن تأثیر می‌گذارد تا بینشی جدید درمورد بیماری‌های تخریب‌کننده عصبی ارائه دهد.

یافته‌ها نشان داد ارگانوئیدهای مغز در ریزگرانش نورون‌ها را در مقایسه با آنهایی که روی زمین رشد می‌کردند، سریع‌تر توسعه می‌داد. این تکوین سریع‌تر و الگوهای بیان ژن متمایز سرنخ‌های ارزشمندی درمورد مکانیسم‌های بیماری‌های عصبی ارائه می‌دهد و ممکن است به درمان‌های مؤثرتری منجر شود.

علاوه‌براین، این تحقیق می‌تواند به کاهش تغییرات عصبی ناشی از پروازهای فضایی در فضانوردان کمک کند و مزایایی را هم برای اکتشافات فضایی هم برای سلامت انسان روی زمین ارائه دهد.

دینامیک امولسیون روغن در آب

محققان برای درک بهتر رفتار سیال بدون تأثیر گرانش، به پویایی امولسیون‌های روغن در آب در ریزگرانش پرداختند. در این آزمایش، مشاهده کردند قطرات روغن که طی زمان در آب رشد می‌کند، جابه‌جایی آنها کاهش می‌یابد. این نتیجه‌ای غیرمنتظره است؛ زیرا رسوب‌گذاری در محیط ریزگرانش رخ نمی‌دهد.

این یافته‌ها بینش‌ ارزشمندی درمورد ویژگی‌های اساسی امولسیون‌ها، مانند ادغام و تکامل اندازه که می‌تواند فرایندهای صنعتی روی زمین را بهبود بخشد، ارائه می‌کند.

به‌علاوه، این تحقیق می‌تواند به توسعه فناوری‌هایی برای اکتشاف فضایی کمک کند، جایی که کنترل سیالات در محیطی بدون گرانش حیاتی است.

شعله‌های خنک در فضا: تعریف مجدد احتراق برای مأموریت‌های فضایی ایمن‌تر

ناسا موفق به ایجاد شعله‌های سرد کروی -شعله‌هایی با دمای پایین و گرمای کم- با استفاده از سوخت‌های گازی در محیط ریزگرانش ایستگاه فضایی بین‌المللی شده است. این پیشرفت بر پایه کشف شعله‌های سرد مایع در سال ۲۰۱۲ دانش ما را درباره شیمی احتراق در شرایط خاص عمیق‌تر می‌کند.

بررسی رفتار احتراق هیدروکربن در ریزگرانش نتایج شگفت‌انگیز و غیرمنتظره‌ای به‌ویژه هنگام سوزاندن قطرات «n-dodecane» نشان داده است. محققان تغییر شعله‌های داغ به سرد را در دماها و فشارهای پایین‌تر، در کنار شعله‌ور شدن غیرقابل‌پیش‌بینی شعله‌های داغ مشاهده کردند.

این شعله‌های کم‌نور و تقریباً نامرئی پتانسیل ایجاد موتورهایی پاک‌تر و کارآمدتر را دارند؛ زیرا بینش‌های ارزشمندی درمورد فرایندهای احتراق دمای پایین ارائه می‌دهند. این تحقیقات می‌تواند رتبه‌بندی عملکرد سوخت‌ها را بهبود بخشد و به پایداری انرژی کمک کند.

دانشمندان با استفاده از تصویربرداری پیشرفته، این شعله‌های نامحسوس را شناسایی کردند که گامی بزرگ در تحقیقات احتراق است. این یافته‌ها راه را برای بهبود فناوری‌های موتور و کشف ناشناخته‌های شیمی احتراق باز می‌کند.

مبارزه با تحلیل عضله در ریزگرانش

برای رسیدگی به آتروفی عضلانی در فضا، محققان برای مطالعه تحلیل عضلانی تحت ریزگرانش مدلی با استفاده از سلول‌های ماهیچه‌ای مهندسی‌شده انسان، توسعه دادند. آنها از طریق مطالعه ماهیچه Cardinal، اثرات 2 داروی «IGF-1» و «15-PGDH-i» را روی تحلیل عضله آزمایش کردند.

این مدل با موفقیت بازسازی عضلات مختل‌شده را شبیه‌سازی کرد و هر 2 دارو نتایج امیدوارکننده‌ای با خنثی‌کردن حدودی اثرات ریزگرانش نشان دادند.

این یافته‌ها می‌تواند راه را برای غربالگری دارویی هموار کند و به‌طور بالقوه منجر به توسعه درمان‌هایی برای تحلیل عضلات در فضانوردان و بیماران سالخورده روی زمین شود.

توسعه مواد با مقاومت بالا برای محافظت در برابر تشعشعات فضایی

حفاظت از فضانوردان و فضاپیماها در برابر تشعشعات زیان‌بار چالش بزرگی برای مأموریت‌های فضایی طولانی‌مدت است. تحقیقات کامپوزیت محافظ روی ایستگاه فضایی بین‌المللی، کامپوزیت پلیمری جدیدی برای توانایی آن در مقاومت در برابر تشعشعات در محیط‌های فضایی آزمایش کرد.

در دوره‌ای ۲۲۵ روزه، محققان با استفاده از تحقیقات «Pille-ISS»، اثربخشی مواد را زیر نظر گرفتند. نتایج نشان داد کامپوزیت محافظت تشعشعی بالا و پایدار را ارائه می‌کند و آن را به ماده امیدوارکننده‌ای برای اکتشافات فضایی آینده تبدیل می‌کند.

این پیشرفت برای اطمینان از ایمنی فضانوردان و حفظ تجهیزات در مأموریت به ماه، مریخ و فراتر از آن حیاتی است.

آینده اکتشافات علمی در ایستگاه فضایی بین‌المللی

ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) نمونه‌ای از نبوغ و همکاری انسانی است. به‌عنوان پلتفرم پژوهشی که مداوم درحال‌تکامل است، این ایستگاه مرزهای اکتشافات علمی را گسترش می‌دهد. آزمایشاتی که در ISS انجام می‌شود، نه‌فقط به دانش ما درباره جهان و جایگاه ما در آن می‌افزاید، بلکه مزایای ملموسی برای بشریت به ارمغان می‌آورد. از پیشرفت‌های پزشکی گرفته تا نوآوری‌های فناوری و درک عمیق‌تر از سیاره‌مان ISS نقشی کلیدی در شکل‌دادن به آینده‌ای روشن‌تر ایفا می‌کند.