EN
دائما ما يسأل الناس عما يفعله علماء ورواد الفضاء خارج حدود كوكب الأرض، وبماذا يفيدنا ذلك، وما جدوى إنفاق وكالة ناسا وغيرها المليارات من الدولارات على الرحلات والاستكشافات وبناء المكوكات أكثر مما تم تحقيقه بالفعل؟
أزاحت وكالة الفضاء الأمريكية الستار عن الطفرة العلمية التي تحققت على متن محطة الفضاء الدولية على مدى 20 عاماً مضت قضاها رواد الفضاء التابعين لها هناك.
وقالت الوكالة في تقريرها بعنوان "20 طفرة في 20 عاماً من العلم على متن محطة الفضاء الدولية" إن رواد الفضاء على المتن المحطة التي تدور حول 250 ميلاً فوق كوكبنا، طبقوا العلوم لمدة 20 عاماً هناك كما لا يمكن تطبيقه في أي مكان آخر، حيث إنها المختبر الوحيد المتاح لأبحاث الجاذبية الصغرى طويلة الأمد.
خلال العقدين الماضيين، دعمت المحطة الفضائية العديد من الاكتشافات والمنشورات العلمية والفرص الفريدة والاختراقات التاريخية. لا يساعدنا هذا البحث في استكشاف الفضاء لمسافات أبعد فحسب، بل إنه يفيدنا أيضًا على الأرض.
وللاحتفال بمرور 20 عامًا على العلم، منحتنا الوكالة الفرصة لإلقاء نظرة على 20 إنجازًا علميًا وتكنولوجيًا تحققوا نتيجة لعلوم محطات الفضاء.
أبحاث الأمراض الرئيسية:
الزهايمر وشلل الرعاش والسرطان والربو والقلب، وتقول الوكالة إن هذه الأبحاث التي جرت على متن محطة الفضاء الدولية أثرت على حياة المرضى، حيث قدمت أبحاث الجاذبية الصغرى رؤى جديدة للعلماء الذين يدرسون هذه الأمراض. بدون تدخل الجاذبية الأرضية. درس باحثو ألزهايمر مجموعات البروتين التي يمكن أن تسبب أمراضًا تنكسية عصبية.
درس باحثو السرطان نمو الخلايا البطانية في المحطة الفضائية. تساعد الخلايا البطانية على إمداد الجسم بالدم، وتحتاج الأورام إلى تكوين هذا الدم. تنمو الخلايا المزروعة في محطات فضائية بشكل أفضل من تلك الموجودة على الأرض ويمكن أن تساعد في اختبار علاجات جديدة للسرطان.
لماذا يفعلوا هذا في الفضاء؟ يمكن أن تساعد دراسة الخلايا والعضويات ومجموعات البروتين دون تأثير الجاذبية - أو حتى قوى جدران الحاوية - الباحثين في الحصول على فهم أوضح لخصائصها وسلوكياتها واستجاباتها للعلاجات.
لماذا يهم؟ المحطة الفضائية هي أداة تقدم منظورات جديدة لمكافحة الأمراض التي تصيب ملايين الأشخاص والتي نعمل على مكافحتها لأجيال.
اكتشاف اللهب البارد المشتعل بشكل مطرد:
عندما نفكر في الحريق، نفكر عادةً في الحرارة، لكن اللهب الخاص المتولد على متن المحطة الفضائية يبقي الأمور أكثر برودة قليلاً.
عندما أحرق العلماء قطرات الوقود في دراسة تجربة إطفاء اللهب (FLEX)، حدث شيء غير متوقع. يبدو أن قطرة وقود تنطفئ لكنها في الواقع استمرت في الاحتراق بدون لهب مرئي. اندلع الحريق مرتين - مرة مع لهب مرئي ومرة بدونه. هذه هي المرة الأولى التي يلاحظ فيها العلماء قطرات كبيرة من وقود الهبتان الذي كان له أنماط مزدوجة من الاحتراق والانقراض. تم الحفاظ على المرحلة الثانية من خلال ما يعرف بإطلاق الحرارة الكيميائية للهب البارد.
لماذا يفعلوا هذا في الفضاء؟ تسمح إزالة الجاذبية من دراسات الاحتراق باستكشاف المبادئ الأساسية للهب. تم إنتاج ألسنة اللهب الباردة على الأرض، لكنها سرعان ما تتلاشى. في المحطة، يمكن أن تحترق ألسنة اللهب الباردة لدقائق، مما يمنح العلماء فرصة أفضل لدراستها.
لماذا يهم؟ ينتج اللهب النموذجي السخام وثاني أكسيد الكربون والماء. ينتج اللهب البارد أول أكسيد الكربون والفورمالديهايد. يمكن أن يؤدي تعلم المزيد عن سلوك هذه اللهب المختلفة كيميائيًا إلى تطوير مركبات أكثر كفاءة وأقل تلويثًا.
أنظمة جديدة لتنقية المياه:
تم تطوير نظام دعم الحياة في المحطة الفضائية لتزويد الطاقم بهواء وماء نظيفين. يعمل نظام استعادة المياه على تنقية مياه المحطة وتصفيتها ، واستعادة وإعادة تدوير 93٪ من المياه التي يستخدمها رواد الفضاء في الفضاء. تم ترخيص هذه التقنية لتكييفها مع نظام معالجة المياه القائم على الأرض. تم تركيب أول نظام من بين العديد من أنظمة تنقية المياه الأرضية التي تستخدم تقنية ناسا في العراق في عام 2006. كما اختبرت دراسات أبحاث المحطات مثل "أكوا-ميمبرين" أيضًا أنظمة مياه مبتكرة أخرى.
لماذا يفعلوا هذا في الفضاء؟ تؤدي إعادة تدوير المياه المستهلكة بكفاءة على متن المحطة الفضائية إلى تقليل الحاجة إلى توفير المياه من خلال مهام إعادة الإمداد. بينما نسافر أعمق في الفضاء، سيكون إعادة الإمداد غير ممكن، مما يجعل هذه الأنظمة ضرورة. دفعت القيود التي تفرضها متطلبات الفضاء إلى الابتكار الذي تم تطبيقه على الأرض.
تطوير الأدوية باستخدام بلورات البروتين:
يحتوي البشر على أكثر من 100000 نوع من البروتينات. يوفر كل بروتين معلومات تتعلق بصحتنا. تساعدنا دراسة هذه البروتينات عن طريق بلورتها في معرفة المزيد عن أجسامنا وعلاجات الأمراض المحتملة. قدمت تجارب نمو بلورات البروتين التي أجريت على متن محطة الفضاء نظرة ثاقبة على العديد من الأمراض، من السرطان إلى أمراض اللثة.
واحدة من أكثر النتائج الواعدة لهذه التجارب المحطة جاءت من دراسة بروتين مرتبط بضمور دوشين العضلي (DMD)، وهو اضطراب وراثي غير قابل للشفاء. علاج DMD بناءً على هذا البحث في التجارب السريرية.
سعى تحقيق آخر، PCG-5 ، إلى تنمية الجسم المضاد العلاجي "كيترودا" في شكل بلوري أكثر اتساقًا. كان الهدف هو تحسين الدواء بحيث يمكن إعطاؤه عن طريق الحقن بدلاً من العلاج الوريدي.
لماذا يفعلوا هذا في الفضاء؟ تتأثر بلورات البروتين التي تنمو على الأرض بالجاذبية، مما قد يغير طريقة محاذاة الجزيئات على البلورة. اكتشف الباحثون أن نمو البلورات على متن المحطة الفضائية يسمح بنمو أبطأ وبلورات ذات جودة أعلى. يسمح لنا هذا التبلور عالي الجودة بتحديد هياكل البروتينات المسببة للأمراض لتطوير أدوية جديدة وعلاجات فعالة.
لماذا يهم؟ المحطة الفضائية هي أداة يمكن أن تكون أساسية في مكافحة الأمراض التي يعمل المجتمع الطبي لمكافحتها لأجيال. DMD وحده يصيب 1 من كل 3600 فتى صغير.
طرق مكافحة ضمور العضلات وفقدان العظام:
يوفر تأثير الجاذبية الصغرى على العظام والعضلات فرصًا فريدة للبحث. لقد ساهمت دراسات الفضاء بشكل كبير في فهمنا لفقدان العظام والعضلات لدى رواد الفضاء ، وفي البشر على الأرض. طور العلماء نظامًا روتينيًا للتمارين الرياضية ونظامًا غذائيًا يقلل بشكل كبير من فقدان العظام والعضلات الذي قد يواجهه رواد الفضاء أثناء إقامتهم في المحطة. توضح هذه النتائج النشاط البدني والتغذية المطلوبة في بعثات الفضاء السحيق.
قام فريق "أوستيو-أوميكس" بالتحقيق في الآليات الكامنة وراء تكوين العظام وفقدانها. قام بحث القوارض -19 (RR-19) بتحليل الأدوية التي تستهدف الميوستاتين، مما يؤثر على انهيار العضلات والعظام. حتى أن الباحثين اختبروا رقائق صغيرة لتوصيل الأدوية لمكافحة فقدان العضلات.
لماذا يفعلوا هذا في الفضاء؟ لقد تطورت أجسادنا في إطار الجاذبية المستمرة لجاذبية الأرض. في الجاذبية الصغرى، لا يتعين على العظام والعضلات دعم كتلة الجسم. هذا يمكن أن يسبب فقدان العظام والعضلات دون ممارسة الرياضة المناسبة. توفر هذه الاستجابة للجاذبية الصغرى فرصة لفهم هذه التغييرات بشكل أفضل.
لماذا يهم؟ إن فهم كيفية تخفيف آثار الجاذبية الصغرى على العظام والعضلات أمر مهم للاستكشاف المستقبلي في بيئات الجاذبية الجزئية للقمر والمريخ. على الأرض، يحدث ضمور العظام والعضلات من الشيخوخة الطبيعية، وأنماط الحياة المستقرة، والأمراض. قد تسبب هذه الحالة مشاكل صحية خطيرة من الإصابات الناجمة عن السقوط أو هشاشة العظام. يمكن أن تساعدنا دراسة هذه الخسائر في الجاذبية الصغرى على فهمها بشكل أفضل وربما إنشاء علاجات للأشخاص على الأرض.
استكشاف الحالة الخامسة للمادة:
منذ 25 عامًا ، أنتج العلماء على الأرض لأول مرة حالة خامسة من المادة بخصائص تختلف تمامًا عن المواد الصلبة والسوائل والغازات والبلازما. حصل الإنجاز على جائزة نوبل لهؤلاء العلماء وغير مجال الفيزياء.
في عام 2018، أصبح مختبر الذرة الباردة التابع لناسا أول منشأة تنتج الحالة الخامسة للمادة، والتي تسمى مكثف بوز-آينشتاين (BEC)، في مدار الأرض. يخفض مختبر الذرة الباردة الذرات إلى درجات حرارة شديدة البرودة من أجل دراسة خصائصها بطرق غير ممكنة على الأرض.
لماذا يفعلوا هذا في الفضاء؟ تبريد الذرات هو الطريقة الوحيدة لإنتاج BEC. يجب أن تكون منشآت الذرة فائقة البرودة في الفضاء قادرة على الوصول إلى درجات حرارة أكثر برودة من المعامل الموجودة على الأرض. بالإضافة إلى ذلك، ينتج العلماء الحالة الخامسة في الفراغ، لذلك يتم سحب الذرات على الأرض عن طريق الجاذبية وتسقط بسرعة نحو الأرض. عادة ما تحد هذه الحركة من أوقات المراقبة إلى أقل من ثانية دون مساعدة المجالات المغناطيسية أو الضوئية التي تؤثر على سلوك الذرات. في الجاذبية الصغرى ، يمكن أن تطفو الـ"BEC "، مما يوفر أوقات مراقبة أطول.
لماذا يهم؟ تعمل الـ"BEC"كأداة قيمة للعلماء الذين يدرسون فيزياء الكم. تعرض الـ"BEC" بشكل جماعي الخصائص المعروضة عادةً فقط بواسطة الذرات الفردية، مما يجعل تلك الخصائص المجهرية مرئية على نطاق أكبر بكثير. يمكن أن توفر هذه الدراسة نظرة ثاقبة للقوانين الأساسية لميكانيكا الكم ويمكن أن تدعم تطوير تقنيات الكم مثل الاستشعار فائق الدقة وضبط الوقت.
فهم كيف تتغير أجسادنا في الجاذبية الصغرى:
قبل أن يتوجه البشر إلى المريخ، كان العلماء يريدون أن يعرفوا التحديات التي سيواجهونها. سمحت لهم الإقامة الطويلة على متن المحطة الفضائية بالكشف والبدء في حل التحديات التي يمكن أن تظهر من خلال استجابة جسم الإنسان للفضاء. على سبيل المثال، طور بعض رواد المحطات الفضائية بشكل غير متوقع تغييرات في الرؤية ، تُعرف الآن باسم متلازمة العين العصبية المرتبطة برحلات الفضاء (SANS). تشمل النتائج حدوث تورم في القرص البصري وتسطيح الجزء الخلفي من مقلة العين. بعد المساعدة في اكتشاف المشكلة، عملت أبحاث المحطة الفضائية كمنصة لفهم بلا حدود بشكل أفضل.
قارنت دراسة توأم بوكالة ناسا رائد الفضاء سكوت كيلي خلال عامه في الفضاء مع شقيقه التوأم مارك كيلي. لقد قدمت رؤى حول الطرق العديدة التي تؤثر بها رحلات الفضاء طويلة المدى على جسم الإنسان. أظهرت النتائج أن التعبير الجيني لسكوت قد تغير وأن جسمه يتفاعل بشكل مناسب مع اللقاحات أثناء وجوده في الفضاء.
لماذا يفعلوا هذا في الفضاء؟ تعد المحطة الفضائية حاليًا المكان الوحيد لإجراء الأبحاث في الجاذبية الصغرى طويلة الأمد. لا يوجد بديل لإرسال البشر فعليًا إلى المدار حيث يمكنهم العمل كمواضيع اختبار للعلم.
لماذا يهم؟ السفر في أعماق الفضاء يعني قضاء فترات طويلة في الجاذبية الصغرى. لمعرفة كيفية جعل هذه الرحلات أكثر أمانًا وراحة، من المهم دراسة البشر بالقرب من الأرض في بيئة خاضعة للرقابة.
اختبار رقائق الأنسجة في الفضاء:
رقائق الأنسجة عبارة عن أجهزة بحجم محرك الإبهام تقريبًا تحتوي على خلايا بشرية في مصفوفة ثلاثية الأبعاد، تمثل وظائف العضو. إنها تمثل خطوة كبيرة في قدرة العلماء على اختبار كيفية استجابة تلك الخلايا للضغوط والأدوية والتغيرات الجينية.
تسعى مبادرة رقائق الأنسجة في الفضاء إلى استخدام هذه الأجهزة في الجاذبية الصغرى من أجل فهم أفضل لصحة الإنسان وعلاج الأمراض على الأرض وتحسينها. تم إرسال رقائق تحاكي سلوك الرئة والكلى والدماغ والأمعاء إلى المحطة الفضائية من قبل فرع من المعاهد الوطنية للصحة والمختبر الوطني التابع لمحطة الفضاء الدولية بالولايات المتحدة.
لماذا يفعلوا هذا في الفضاء؟ تشبه العديد من التغيرات في جسم الإنسان الناتجة عن الجاذبية الصغرى آثار الأمراض المرتبطة بالشيخوخة على الأرض، مثل فقدان العظام والعضلات. تحدث هذه التغييرات في الفضاء أسرع بكثير مما تحدث على الأرض. وهذا يعني أن العلماء قد يكونون قادرين على استخدام رقائق الأنسجة في الفضاء لنمذجة التغييرات التي قد تستغرق شهورًا أو سنوات لتحدث على الأرض.
لماذا يهم؟ يمكن أن توفر هذه الدراسات نظرة ثاقبة للأمراض التي تؤثر على الأعضاء على الأرض وفي الفضاء، وربما تساعد في تكوين علاجات لها.
تحفيز اقتصاد المدار الأرضي المنخفض:
من نشر الأقمار الصناعية إلى الأبحاث في الفضاء، نشأ اقتصاد فضاء تجاري نابض بالحياة. من خلال مختبر ISS الوطني الأمريكي، يمكن للعديد من الشركات الوصول إلى المحطة الفضائية وإجراء تحقيقات في البحث والتطوير التكنولوجي في الجاذبية الصغرى. وهي تشمل شركات معروفة مثل Procter & Gamble، التي استخدمت المحطة لدراسة الغرويات بهدف تحسين المنتجات مثل الشامبو ومنعم الأقمشة. استفادت الشركات الصغيرة مثل LambdaVision من بيئة الجاذبية الصغرى في المحطة الفضائية لتحسين العمليات المستخدمة لإنشاء غرسات شبكية.
أصبح دعم الأنشطة البحثية في المحطة عملاً مهمًا أيضًا. تدير شركات مثل Nanoracks و TechShot مرافق أبحاث تجارية موجودة في المحطة. يساعد كادر من 40 شركة الباحثين في ترجمة تجاربهم إلى أجهزة صغيرة وخفيفة بما يكفي لتوضع في المحطة.
كما ساعدت عقود إعادة الإمداد التجارية لجلب العلوم والإمدادات إلى المحطة الفضائية في دعم تطوير خدمات الإطلاق لشركات مثل Northrop Grumman و SpaceX.
لماذا يهم؟ تعمل كل هذه الأنشطة التجارية على التحقق من صحة نماذج الأعمال وتوسيع عدد الكيانات ذات الخبرة في إدارة الأعمال في الفضاء. إن تسويق المدار الأرضي المنخفض يحرر الموارد التي تحتاجها ناسا لمواصلة استكشافها للفضاء. من خلال تكاتف الشركات مع الوكالات الحكومية، يمكن أن يستمر استكشاف الفضاء، مع توفير الوصول إلى منصة تساعد على خلق فرص العمل ، وتحقيق الإيرادات، وإنشاء منتجات وخدمات جديدة للناس على الأرض.
زراعة الطعام في الجاذبية الصغرى:
بينما يستكشف البشر بعيدًا عن الأرض، تعد القدرة على زراعة الغذاء حلاً للعديد من تحديات المهام طويلة الأمد. توفر المنتجات الطازجة وجبات مغذية على مدار سنوات متعددة وتقلل من متطلبات الشحن للرحلة. تم استكشاف العديد من تقنيات زراعة النباتات في المحطة للتحضير لهذه المهام. في 10 أغسطس 2015، اختبر رواد الفضاء أول سلطة نمت في الفضاء. تمت زراعة ثمانية أنواع من الخضر الورقية في منشأة Veggie ليأكلها رواد الفضاء، مع ضبط أفضل التقنيات.
لماذا يفعلوا هذا في الفضاء؟ يجب اختبار الحلول الجديدة للري والإضاءة وزراعة النباتات لإنشاء محصول غذائي في الجاذبية الصغرى. كانت المحطة الفضائية بمثابة منصة لإجراء هذه الاختبارات، وللتحقق من الظروف التي تسمح للنباتات بالنمو بشكل أكثر فعالية.
لماذا يهم؟ يعمل النظام الغذائي المعبأ الذي تستخدمه أطقم العمل في المدار الأرضي المنخفض بشكل جيد ، ولكنه يعتمد على مهام إعادة الإمداد المتكررة. خلال مهمة إلى المريخ ، ستتدهور الفيتامينات وجودة الطعام المعبأ بمرور الوقت ، ولا يمكن إعادة تخزينها بسهولة. يوفر المكمل بالمحاصيل الطازجة العناصر الغذائية الضرورية مع منح رواد الفضاء المزيد من التنوع في نظامهم الغذائي.
فهم أفضل للنجوم النابضة والثقوب السوداء:
عملت أداتان مثبتتان على السطح الخارجي لمحطة الفضاء جنبًا إلى جنب لتعزيز معرفتنا بالنجوم النابضة والثقوب السوداء: مستكشف التكوين الداخلي للنجم النيوتروني التابع لناسا (نايسر) وشاشة صورة الأشعة السينية لكامل السماء (ماكسي) من اليابان. وكالة استكشاف الفضاء الجوي (جاكسا).
في عام 2018، اكتشفت شركة ماكسي مصدرًا جديدًا للأشعة السينية في السماء وأطلق عليها اسم 'MAXI J1820 + 070'. بعد فترة وجيزة ، بدأ NICER في مراقبة المصدر وحدد أنه نظام ثنائي للثقب الأسود يحتوي على ثقب أسود كتلته عدة أضعاف كتلة شمسنا.
في غضون أيام ، أصبح MAXI J1820 + 070 أحد ألمع مصادر الأشعة السينية في السماء. تتبع NICER تطور هذا النظام. ساعدتنا قياساته على فهم كيفية تغير الحافة الداخلية لقرص تراكم الثقب الأسود (والهالة الموجودة فوقه) في الحجم والشكل عندما يستهلك الثقب الأسود مادة من نجم
لماذا يفعلوا هذا في الفضاء؟ من فوق الأرض ، يمكننا إلقاء نظرة أفضل على بقية الكون. يمنحنا تركيب أدوات متعددة مثل نايسر و MAXI على نفس النظام الأساسي المداري مزيدًا من البيانات على مساحة كبيرة من الفضاء من حولنا.
سبب الأهمية: يتيح NICER و MAXI إجراء دراسات جديدة للنجوم النيوترونية وغيرها من المصادر الفيزيائية الفلكية للأشعة السينية، مما يعزز الفهم العلمي والتطوير التقني لصالح الناس على الأرض.
