Наукові дослідження останньої місії МКС із поповнення запасів включають досягнення в 3D-друкі металу, виробництві напівпровідників, тепловому захисті при повторному вході, роботизованій хірургії та регенерації хрящової тканини. Ці дослідження спрямовані на підвищення стійкості космічних місій і мають значний вплив на земні технології та охорону здоров’я.
Випробування 3D-принтера з металу, виробництва напівпровідників і систем теплового захисту для повернення в атмосферу Землі є одними з наукових досліджень, які NASA та міжнародні партнери запускають на Міжнародну космічну станцію в рамках 20-ї місії Northrop Grumman із надання послуг з поповнення запасів. Вантажний космічний корабель компанії Cygnus планується запустити на ракеті SpaceX Falcon 9 зі станції космічних сил на мисі Канаверал у Флориді до кінця січня.
3D друк у космосі
Дослідження ESA (Європейського космічного агентства), Metal 3D Printer, тестує адитивне виробництво або 3D-друк невеликих металевих деталей в умовах мікрогравітації.
«Це дослідження дає нам початкове розуміння того, як такий принтер поводиться в космосі», — сказав Роб Постема з ESA. «3D-принтер може створювати багато форм, і ми плануємо надрукувати зразки, по-перше, щоб зрозуміти, чим друк у космосі може відрізнятися від друку на Землі, а по-друге, щоб побачити, які типи форм ми можемо надрукувати за допомогою цієї технології. Крім того, ця діяльність допомагає показати, як члени екіпажу можуть безпечно та ефективно працювати з друком металевих частин у космосі».
Результати можуть покращити розуміння функціональності, продуктивності та операцій металевого 3D-друку в космосі, а також якості, міцності та характеристик надрукованих частин. Поповнення поставок є проблемою для майбутніх довготривалих людських місій. Члени екіпажу можуть використовувати 3D-друк для створення деталей для обслуговування обладнання під час майбутніх тривалих космічних польотів, а також на Місяці чи Марсі , зменшуючи потребу в пакуванні запасних частин або прогнозуванні кожного інструменту чи предмета, який може знадобитися, заощаджуючи час і гроші на запуск.
Прогрес у технології 3D-друку з металу також може принести користь потенційним застосуванням на Землі, включаючи виробництво двигунів для автомобільної, авіаційної та морської промисловості та створення укриттів після стихійних лих.
Виробництво напівпровідників в умовах мікрогравітації
Виробництво напівпровідників і тонкоплівкових інтегрованих покриттів (MSTIC) досліджує, як мікрогравітація впливає на тонкі плівки, які мають широкий спектр використання.
«Потенціал виробництва плівок із чудовою поверхневою структурою та широкий спектр застосувань від збору енергії до передових сенсорних технологій є особливо новаторськими», — сказав Алекс Хейз з Redwire Space, який розробив технологію. «Це являє собою значний стрибок у космічному виробництві та може стати провісником нової ери технологічного прогресу з широкомасштабними наслідками як для дослідження космосу, так і для наземних застосувань».
Ця технологія може дозволити автономному виробництву замінити багато машин і процесів, які зараз використовуються для виготовлення широкого спектра напівпровідників, що потенційно призведе до розробки більш ефективних і високопродуктивних електричних пристроїв.
Виробництво напівпровідникових приладів в умовах мікрогравітації також може покращити їхню якість і зменшити необхідні матеріали, обладнання та робочу силу. У майбутніх довготривалих місіях ця технологія може надати можливість виробляти компоненти та пристрої в космосі, зменшуючи потребу в місіях поповнення запасів із Землі. Технологія також має застосування для пристроїв, які збирають енергію та забезпечують живлення на Землі.
«Хоча ця початкова пілотна програма розроблена для порівняння тонких плівок, вироблених на Землі та в космосі, кінцева мета полягає в тому, щоб розширити виробництво до різноманітних виробничих областей у галузі напівпровідників», — сказав Хейс.
Моделювання повернення в атмосферу
Вчені, які проводять дослідження на космічній станції, часто повертають свої експерименти на Землю для додаткового аналізу та вивчення. Але умови, які відчувають космічні кораблі під час входу в атмосферу, включаючи сильну спеку, можуть мати ненавмисний вплив на їх вміст. Системи теплового захисту, які використовуються для екранування космічних кораблів, і їх вміст базуються на числових моделях, які часто не підтверджуються фактичним польотом, що може призвести до значного завищення розміру необхідної системи та зайняти цінний простір і масу. Експеримент Kentucky Re-entry Probe Experiment-2 (KREPE-2), який є частиною зусиль із вдосконалення технології системи теплового захисту, використовує три капсули, оснащені різними матеріалами теплового екрана, і різноманітні датчики для отримання даних про фактичні умови входу.
«Грунтуючись на успіху KREPE-1, ми покращили датчики, щоб збирати більше вимірювань, і систему зв’язку, щоб передавати більше даних», — сказав головний дослідник Олександр Мартін з Університету Кентуккі. «У нас є можливість випробувати кілька теплових екранів, наданих NASA, які ніколи раніше не тестувалися, і ще один, повністю виготовлений в Університеті Кентуккі, також перший».
Капсули можна оснастити для інших експериментів із поверненням в атмосферу, підтримуючи вдосконалення теплозахисту для застосувань на Землі, таких як захист людей і споруд від лісових пожеж.
Віддалена роботизована хірургія
Robotic Surgery Tech Demo перевіряє продуктивність маленького робота, яким можна дистанційно керувати з Землі для виконання хірургічних процедур. Дослідники планують порівняти процедури в умовах мікрогравітації та на Землі, щоб оцінити вплив мікрогравітації та часових затримок між космосом і землею.
За словами Шейна Фаррітора, головного технічного директора Virtual Incision Corporation, розробника дослідження з Університету Небраски, робот використовує дві «руки», щоб захоплювати та розрізати імітовану хірургічну тканину та створювати натяг, який використовується для визначення місця та способу розрізу. .
Більш тривалі космічні місії збільшують ймовірність того, що членам екіпажу можуть знадобитися хірургічні процедури, будь то прості шви або екстрена апендектомія. Результати цього дослідження можуть підтримати розробку роботизованих систем для виконання цих процедур. Крім того, доступність хірурга в сільській місцевості країни скоротилася майже на третину між 2001 і 2019 роками. Мініатюризація та можливість дистанційного керування роботом можуть допомогти зробити операцію доступною будь-де та будь-коли.
NASA спонсорує дослідження мініатюрних роботів понад 15 років. У 2006 році дистанційно керовані роботи виконували процедури під час підводної місії NASA Extreme Environment Mission Operations (NEEMO) 9. У 2014 році мініатюрний робот-хірург виконував імітацію хірургічних завдань на параболічному літаку Zero-G.
Вирощування хрящової тканини в космосі
Конструкція хрящової тканини компартменту демонструє дві технології: Janus Base Nano-Matrix (JBNm) і Janus Base Nanopiece (JBNp). JBNm — це ін’єкційний матеріал, який забезпечує основу для формування хряща в умовах мікрогравітації, що може служити моделлю для вивчення захворювань хряща. JBNp забезпечує терапію на основі РНК для боротьби із захворюваннями, які викликають дегенерацію хряща.
Хрящ має обмежену здатність до самовідновлення, і остеоартрит є основною причиною інвалідності у літніх пацієнтів на Землі. Мікрогравітація може спровокувати дегенерацію хряща, яка імітує прогресування пов’язаного зі старінням остеоартриту, але відбувається швидше, тому дослідження мікрогравітації можуть сприяти швидшій розробці ефективних методів лікування. Результати цього дослідження можуть сприяти регенерації хряща як лікуванню пошкоджень суглобів і захворювань на Землі та сприяти розробці способів підтримки здоров’я хряща під час майбутніх місій на Місяць і Марс.