Миссия CRS-25: Пыль, бетон и органы на чипах

Сredit: Christina Koch

В рамках 25-й миссии компании по доставке грузов на МКС, на космическую станцию будут доставлены материалы для многочисленных исследований и экспериментов, научный инструмент и космические аппараты для развёртывания с борта станции. Всего 2668 кг груза. Расскажем о самых интересных полезных нагрузках этой миссии:

Пыль Земли

В грузовом отсеке корабля на МКС будет доставлен прибор для изучения минеральной пыли в атмосфере Земли и её связи с климатом.

Инструмент EMIT (Earth Surface Mineral Dust Source Investigation) – разработан Лабораторией реактивного движения (JPL), он использует технологию спектроскопии изображений от NASA для измерения минерального состава пыли в засушливых регионах Земли.

Каждый год сильные ветры переносят через атмосферу более миллиарда метрических тонн минеральной пыли из пустынь и других засушливых регионов. Хотя ученые знают, что пыль влияет на окружающую среду и климат, у них недостаточно данных, чтобы подробно определить, на сколько сильно пыль оказывает своё влияние. EMIT поможет заполнить эти пробелы в знаниях. Минеральная пыль, выброшенная в атмосферу, может перемещаться на значительные расстояния и влиять на климат, погоду и растительность Земли. Пустынные районы производят большую часть минеральной пыли, попадающей в атмосферу. Они также в значительной степени удалены для исследований, что затрудняет сбор пыли на этих обширных территориях. Спектрометр впервые предоставит информацию о цвете и составе источников пыли во всем мире и соберёт более миллиарда измерений по всему миру в течение года.

Исследования также позволят выяснить, нагревает или охлаждает планету минеральная пыль. На данный момент ученые не знают, оказывает ли минеральная пыль нагревающее или охлаждающее воздействие на планету, т.к. частицы пыли в атмосфере имеют разные свойства. Например, некоторые частицы могут быть темно-красными, а другие — белыми. Цвет имеет значение, потому что он определяет, будет ли пыль поглощать солнечную энергию, как это делают темные камни, или отражать её, как это делают светлые. EMIT предоставит подробную картину того, сколько пыли образуется из темных и светлых минералов. Например, минеральная пыль играет роль в образовании облаков и в химическом составе атмосферы. Когда минеральная пыль оседает в океане или лесах, она может обеспечить питательные вещества для роста, действуя как удобрение. При попадании на снег или лед пыль ускоряет таяние. А для человека минеральная пыль может представлять опасность для здоровья при её вдыхании.

EMIT проанализирует информацию о 10 важных разновидностях пыли, включая те, которые содержат оксиды железа, глины и карбонаты. По мере повышения глобальной температуры засушливые регионы могут стать еще более засушливыми, что может привести к образованию более крупных пустынь. Это зависит от того, насколько повысится температура на Земле, как изменится землепользование и количество выпадаемых осадков. С помощью данных EMIT учёные получат лучшее представление о том, как количество и состав пыли в засушливых регионах могут меняться в зависимости от различных сценариев климата в будущем.

Гены в космосе

Так называемая бесклеточная технология — это платформа для производства белка из живых клеток, которые необходимо культивировать.
Исследование Genes in Space-9 продемонстрирует бесклеточное производство белка в условиях микрогравитации и оценит два биомаркера, которые помогут обнаружить молекулы-мишени. Эта технология может стать простым и недорогим инструментом для медицинской диагностики, производства лекарств и вакцин.

Биомаркеры — это класс инструментов в биологии с огромным потенциалом для применения в космических полётах для различного рода диагностики. Это исследование должно подтвердить эффективность их использования на борту космической станции. В случае успеха это заложит основу для их широкого применения, как в условиях космоса, так и на Земле.

Genes in Space – ежегодный исследовательский конкурс, предлагающий школьникам и студентам разработать эксперименты с ДНК, которые будут проводиться на борту МКС. На данный момент в рамках программы было запущено уже восемь исследований, некоторые из которых привели к открытиям в научной сфере и публикациям в профильных журналах.

Изучение “старения” иммунной системы

Наука знает, что старение связано с изменениями в иммунном ответе, известными как иммуносенесценция.

Мы также знаем, что микрогравитация вызывает изменения в иммунных клетках человека, которые напоминают это состояние, но происходят быстрее, чем реальный процесс старения на Земле. Иммунное старение влияет на стволовые клетки тканей и их способность восстанавливать ткани и органы человека.

Для исследования этих процессов используются т.н. “органы на чипе” – это платформа, которая поможет нам понять, как микрогравитация влияет на иммунную функцию человека во время полёта и восстанавливаются ли иммунные клетки после его завершения. Условия космического полёта позволяют лучше изучать иммунное старение, что невозможно в лабораторных условиях на Земле. Проводимые исследования могут помочь в разработке методов лечения иммунной системы и поддержать разработку методов защиты людей во время будущих длительных космических полётов.

Почва в космосе

На Земле сложные сообщества микроорганизмов выполняют важные процессы в её почве, включая круговорот углерода и других питательных веществ и, конечно, поддержку роста растений. Данные исследования проверят, как микрогравитация влияет на метаболические взаимодействия у почвенных микробов, которые разлагают хитин – природный углеродный полимер на Земле.

Микроорганизмы выполняют многие полезные функции, необходимые для жизни на нашей планете. Чтобы использовать эту полезную деятельность для будущих космических миссий, нам нужно лучше знать, как условия в космосе влияют на эти микробы и их полезные функции. Возможно, в будущем мы будем использовать эти микроорганизмы для улучшения роста сельскохозяйственных культур на поверхности Луны и Марса. Но пока понимания функции таких микроорганизмов может помочь сельскому хозяйству на Земле.

Альтернатива бетону 

Данное исследование проверит, как микрогравитация влияет на процесс создания альтернативы бетону, изготовленной из органического материала, лунной или марсианской пыли. Этот материал известен как биополимерный почвенный композит.

Использование ресурсов, доступных там, где происходит строительство, позволит увеличить толщину и массу строительного материала и, следовательно, лучше защитить людей внутри таких построек от радиационного воздействия. Астронавтам на Луне и Марсе потребуются помещения, обеспечивающие радиационную защиту, но транспортировка большого количества строительных материалов с Земли технически и финансово – будет крайне дорогим удовольствием. Учёные изучают способ преобразования реголита в бетоноподобный материал путём смешивания воды и белка, известного как бычий сывороточный альбумин. Этот материал затвердевает по мере испарения воды, при этом на этот процесс влияет гравитация.

В рамках эксперимента будет изготовлено 6 кирпичей в условиях микрогравитации (хотя это громкое слово для этих малышей весом 1 и менее 1 г.) для сравнения с кирпичами, изготовленными на Земле. Исследователи проведут оценку белковых мостиков, прочность на сжатие и их пористость. Это поможет определить, как эти кирпичики помогут нам защититься от радиации на Луне и Марсе. А ещё это предложит экологически чистую альтернативу бетону для строительства на Земле. В 2018 году на производство бетона приходилось 8% мировых выбросов углерода. Предлагаемый материал не имеет выбросов и может быть изготовлен из легкодоступных ресурсов, что также упрощает цепочки поставок этого материала.

Маленькие спутники для большой науки

Корабль Dragon также доставит на станцию 5 студенческих кубсатов для их развёртывания с борта МКС в рамках миссии ELaNa 45.

Один из них – BeaverCube, это кубсат, который использует несколько камер для исследований. Одна из них делает цветные изображения океанов Земли, ещё две собирают тепловые изображения верхних слоев облаков и поверхности океана. BeaverCube сосредоточится на съёмке океанов и их прибрежных районов, комбинируя тепловые изображения с видимыми, он поможет нам лучше понять изменения климата на Земле. Температура верхней границы облаков и поверхности океана помогает учёным лучше понять изменения климата и погодных систем Земли. Собранные данные могут также улучшить понимание концентрации фитопланктона в океане – важного фактора образования атмосферного кислорода. Кубсат также планирует продемонстрировать в работе новый электрический двигатель.