A Nemzetközi Űrállomás immár több mint 20 éve kering a Föld körül, fedélzetén folyamatosak az olyan jellegű kutatások, kísérletek, amelyek közvetett, vagy közvetlen módon az emberiséget szolgálják. Sokakban felmerült már a kétely, hogy mi értelme dollármilliárdokat elkölteni Föld körül keringő laboratóriumokra, amikor itt a Földön is lehetne kutatásokat végezni. A NASA 15 pontban szedte össze azokat a legfontosabb eredményeket, amelyek a 2 évtized alatt hozzájárultak az emberiség jobb életéhez.
1. Orvosi diagnosztikai eszközök következő generációjának kifejlesztése
A neutroncsillagok tanulmányozása érdekében 2017 júniusában telepítették a NICER-t (Neutron star Interior Composition Explorer). Az eszköz segítségével olyan röntgenforrást hoztak létre, amelyet nagyon gyorsan be- és ki lehet kapcsolni. Történetesen erre volt szüksége a Massachusetts General Hospital neuroradiológusának is a CT-vizsgálatok tökéletesítésére irányuló törekvéseihez.
A hagyományos CT-készülékek nagyok, nehezek és sok energiát fogyasztanak. Ez megnehezíti a kevés erőforrással rendelkező környezetekben való használatukat. A Massachusetts General Hospital és a NICER csapatai együtt dolgoztak, hogy létrehozzanak egy olyan kisebb méretű eszközt, amelyet könnyebb mozgatni és kevesebb energia szükséges a működéséhez. Olyan modulált gyűrűt alkottak meg, amelyeket a beteg köré lehet szerelni, és szükség esetén bekapcsolni. Ez a technika csökkentheti a páciensre jutó sugárzás mennyiségét, és az alacsonyabb sugárzási szint mellett is jobb képminőséget tesz lehetővé.
A sugárterhelés korlátozása hasznos lehet a földi betegek számára, és potenciálisan a Marsra tartó jövőbeli űrhajósok számára is. Az eszközt szabadalmaztatták, és most további munkálatok folynak, hogy a prototípusból tesztelhető eszközzé váljon.
Dr. Raj Gupta kutatócsoportja által készített felvétel egy emberi kézről, amely az új CT-technológiát teszteli. – Kép forrása: Gupta Gupta: Raj Gupta, Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School
2. Új gyógyszerek kifejlesztése olyan betegségek kezelésére, mint a Duchenne-féle izomdisztrófia
A Duchenne-féle izomdisztrófia (DMD) olyan örökletes betegség, amely fokozódó izomgyengeséggel, az izomtömeg csökkenésével jár. A Nemzetközi Űrállomáson ennek a gyógyíthatatlan genetikai rendellenességgel összefüggésbe hozható fehérje kristályszerkezetét vizsgálták. A kutatás támpontokat adott olyan új vegyületek megalkotásához, amelyek gátolhatják a betegség progresszióját. A Tsukubában (Japán) található Tsukubai Egyetem professzora ezeket felhasználva több ígéretes vegyületet, köztük a TAS-205-öt is tanulmányozta. Egy 2015-ös vizsgálat igazolta a TAS-205 embereken való alkalmazásának biztonságosságát, és 2017-ben más klinikai vizsgálatot is végeztek. A TAS-205 hatékonyságát a tényleges klinikai alkalmazáshoz a 3. fázisú vizsgálat 2020 decemberében kezdődött és 2027-ig tart. A kutatócsoport becslései szerint a gyógyszer felére lassíthatja a DMD progresszióját, ami sok beteg esetében potenciálisan megkétszerezheti a betegségben szenvedők várható élettartamát.
3. Mesterséges állati vér előállításához szükséges összetevők kutatása
Amellett, hogy ígéretesnek bizonyult a gyógyszerfejlesztésben, a Japán Űrkutatási Ügynökség (JAXA) másik, a fehérjék mikrogravitációban történő kristályosításával kapcsolatos munkája inspirálta a mesterséges állati albumin kifejlesztését. Az albumin a vérben a legnagyobb mennyiségben előforduló fehérje, de a Földön nehéz kristályosítani. A kutatók az űrállomáson macskák és kutyák véréből származó albuminokat kristályosítottak, hogy jobban megértsék e fehérjék szerkezetét és kialakulásukat. Az állatorvosok nehezen tudnak vérátömlesztési kezeléseket biztosítani, mivel nincsenek nagy készletek adományozott állati vérből, és erre a problémára pozitív hatással lehet ennek a kutatásnak az állatorvoslásban való lehetséges alkalmazása.
Az űrállomás Kibo moduljában, mikrogravitációban kialakult fehérjekristályok. – Kép forrása: NASA
4. Robotkar technológiai alkalmazása az autóiparban
A NASA és a General Motors (GM) a Nemzetközi Űrállomáson fejlesztette ki és tesztelte a Robonaut prototípusát, ahol az űrhajósok mellett sikeresen végzett egyszerű feladatokat. A csapat ezután a Robonaut kézre hasonlító részét viselhető eszközzé (robotikus kesztyűvé) alakította át, hogy mind az űrhajósoknak, mind az autóipari dolgozóknak segítsen elkerülni a kéz fáradását és sérülését. A kezdetben Robo-Glove néven futó eszköz most Ironhand néven kerül kereskedelmi forgalomba, amelyet a svéd Bioservo Technologies gyárt.
5. Diákok kutatásai az űrben
A 2000 novembere után született emberek már egy olyan világban nőttek fel, ahol a Nemzetközi Űrállomás folyamatosan lakott létesítmény volt. Azóta számos diák a világ minden tájáról elküldte az ISS-re saját kutatásait. Segítettek DNS-szekvenálási kísérleteket végezni a Genes in Space program részeként, vagy a Kibo Robot Programming Challenge keretében saját programkódjukkal irányítottak robotokat. Sokan terveztek kis műholdakat az űrállomásra, vagy épp alacsony Föld körüli pályára.
6. A hőség mérséklése a városokban és a víz nyomon követése
A NASA ECOSTRESS nevű berendezésének méréseiből származó adatoknak már számos alkalmazása volt. Az ECOSTRESS a hőmérséklet finom változásait méri, amelyek felhasználhatók az extrém hőség – például a tüzek vagy lávafolyamok által termelt hőség – azonosítására, valamint a meleg vízáramlatok mozgásának és a városok hőhullámainak tanulmányozására.
Az ECOSTRESS adatait felhasználták már a városi felületek által elnyelt hő csökkentésére, a víz jobb elosztására, az erdőtüzek kockázatának csökkentésére, a növényzet hőmérséklet csökkentő hatásaira, a geotermikus energiaforrások keresésére, a szúnyogok nyomon követésére és a mezőgazdaságon belül a hatékony öntözés elősegítésére. A Cool Streets LA kutatói például a városi hőt csökkentő különböző anyagokat vizsgálták az ECOSTRESS segítségével, hogy lássák, hogyan változik a városrészek felszíni hője a bevonatok felhordásával. Azt találták, hogy egy vékony szürke bevonat hatására az aszfaltozott útpálya úgy tükrözi a napfényt, mint egy betonút, és a környező hőt körülbelül 16 °C-al csökkenti.
A Kibo modulhoz csatlakozó Földmegfigyelő berendezés a Nemzetközi Űrállomáson. Kép forrása: – NASA
7. Ultrahangos eljárások a Földön
A teljesen felszerelt kórházakkal rendelkező nagyvárosokban élő emberek számára általában nem jelent problémát a gyors és pontos orvosi képalkotó technológiához való hozzáférés. Ha azonban az orvosi létesítmények nincsenek könnyen elérhető távolságban, akkor az ehhez a technológiához való hozzáférés jelentheti a különbséget élet és halál között.
A Nemzetközi Űrállomáson tartózkodó űrhajósok ellátása érdekében a személyzet tagjait az Advanced Diagnostic Ultrasound in Microgravity (ADUM) tanulmány keretében kiképezték egy kis ultrahangkészülék használatára.
A WINFOCUS (World Interactive Network Focused on Critical Ultrasound) partnerségével az ADUM-csoport az ISS űrhajósai számára kifejlesztett technikákat a Föld távoli területein való használatra adaptálta, és protokollokat dolgozott ki az összetett eljárások távoli szakértői irányítás és képzés gyors elvégzésére. Az ADUM-módszereket alkalmazva a WINFOCUS több mint 45 000 orvost és asszisztenst képzett ki több mint 60 országban. A helyi egészségügyi szolgáltatók felhatalmazásával több beteg juthat minőségi és időben történő diagnosztikai ellátáshoz, ami a korábbi diagnózis és kezelés lehetővé tételével hatékonyabbá teszi az egészségügyi rendszert.
8. Légszűrési technológia alkalmazása a COVID elleni küzdelemben és az élelmiszerek jobb tartósítása az élelmiszerboltokban
A NASA fejlett asztrokultúra-rendszerének (ADVASC – Advanced Astroculture) segítségével az állomás személyzete sikeresen termesztett az Arabidopsis (lúdfű) növények két generációját, egy jól ismert és az alapvető biológiai kísérletekben gyakran használt modellorganizmust. A rendszer pontosan szabályozta a növények növekedéséhez szükséges környezeti paramétereket, beleértve a hőmérsékletet, a relatív páratartalmat, a fényt, a folyékony tápanyagellátást, valamint a szén-dioxid- és etilénkoncentrációt.
A tudósok az ADVASC rendszert a földi levegő tisztítására adaptálták. A technológiát kezdetben az élelmiszerboltokban használták a gyümölcsök és zöldségek eltarthatósági idejének meghosszabbítására, majd felkeltette a borászok figyelmét, akik pincéikben használták a tárolási körülmények javítására. Ma már több vállalat is alkalmazza ezt a technológiát a légtisztítókban, amelyekről bebizonyosodott, hogy hatékonyak a SARS-CoV-2 vírus eltávolításában. A vállalatok számos légtisztítót gyártottak és forgalmaznak a világjárvány idején. Az űrállomáson a szennyeződések kimutatására tesztelt különálló technológiát a későbbiekben egy olyan levegőérzékelőbe építették be, amelyet a Földön használnak a „vírusterjedési kockázati index” létrehozására a közös használatú helyiségekben, és amely tudatja az emberekkel, hogy csökkentsék a zsúfoltságot vagy tegyenek más lépéseket a kockázat csökkentésének érdekében.
Peggy Whitson, a NASA űrhajósa ellenőrzi az ADVASC szójabab növénynövekedési kísérletét. – Kép forrása: NASA
9. Kolloidok és mindennapi háztartási termékek
A Procter & Gamble (P&G) Febreze Unstopables TOUCH Fabric Spray legújabb, érintéssel aktiválható illatfelszabadító technológiával ellátott formulája a vállalat első olyan készítménye, amely az állomáson végzett kolloidkutatásain alapuló anyagokat tartalmaz.
A kolloidok folyadékban lebegő apró részecskék keverékei. Ide tartoznak az olyan természetes keverékek, mint a tej és az iszapos víz, valamint a gyártott termékek a sampontól a gyógyszerekig. A kolloidok tanulmányozását bonyolítja, hogy a gravitáció hatására egyes részecskék emelkednek, mások pedig süllyednek. A mikrogravitáció megszünteti ezt a problémát, és lehetővé teszi az olyan kutatásokat, mint az Advanced Colloid Experiments (ACE).
A P&G szerint az űrállomáson végzett munka segítségével olyan folyadékot tudtak létrehozni, amely úgy néz ki és olyan érzésű, mint a víz. 2022-től az állomáson végzett kutatások három új szabadalomhoz járultak hozzá a vállalat számára.
10. Mesterséges retina létrehozása az űrben
A mesterséges retinák a Földön élő több millió ember látását állítaná helyre, akik retina degeneratív betegségekben szenvednek. Az amerikai székhelyű LambdaVision vállalat már öt alkalommal juttatott kísérleteket az űrállomásra, és azon dolgoznak, hogy céljukat elérve mesterséges retinákat állítsanak elő a mikrogravitációban. A LambdaVision egy olyan gyártási folyamatot kutat, amelynek segítségével mesterséges emberi retinát lehet kifejleszteni egy fény által aktivált fehérje, a bakteriorhodopszin segítségével, amely helyettesítheti a szem károsodott fényérzékelő sejtjeinek működését. Az eljárás során az implantátumokat egy vékony filmréteg rétegről rétegre történő felhordásával hozzák létre. A mikrogravitáció javíthatja az egyes rétegek minőségét és stabilitását azáltal, hogy korlátozza a részecskék Földön előforduló aggregációját és leülepedését. A 2021 decemberében indított kísérletben először mutatták be egy 200 rétegű egység előállítását mikrogravitációban.
11. A rákos megbetegedések kezelésének egyszerűsítése a betegek számára
Az ISS National Lab által szponzorált PCG-5 tanulmány arra összpontosít, hogy javítsa a gyógyszerek betegekhez való eljuttatását. A tanulmány a monoklonális antitest egységesebb kristályos formájának előállításán dolgozott, amelyet többféle rákos megbetegedés, többek között a melanoma és a tüdőrák kezelésére használnak. A monoklonális antitestek nem oldódnak fel könnyen folyadékban. Ez megnehezíti egy olyan gyógyszer előállítását, amelyet nem intravénásan, hanem injekció formájában lehet beadni az orvosi rendelőben, és a betegeknek órákat kell eltölteniük egy klinikai környezetben, hogy megkapják a gyógyszert.
A PCG-5, a Merck Research Laboratories tanulmánya jó minőségű kristályos szuszpenziókat állított elő, amely könnyebben beadható, így a kezelés kényelmesebbé válhat a betegek és az ápolók számára, miközben jelentősen csökkenthetők a költségek.
12. Mikroorganizmusok DNS-szekvenálása a Naprendszer körül
A tudósok a Nemzetközi Űrállomást kísérleti terepként használják annak tanulmányozására, hogyan lehet az űrhajósokat biztonságban és egészségesen tartani a hosszú távú küldetések során. 2016-ban Kate Rubins, a NASA űrhajósa sikeresen elvégezte az első DNS-szekvenálást az űrben, megnyitva ezzel az utat a molekuláris biológiai kutatások előtt az űrrepülés körülményei között. A csapat egy MinION (ejtsd: min ion) szekvenáló platformot, egy mobiltelefonnál nem nagyobb eszközt használt a nukleinsavbázisok leolvasására az űrállomásra tanulmányozás céljából küldött mintákban.
Ez a technológia lehetővé teheti a tudósok számára, hogy gyorsan azonosítsák a kórokozókat az űrállomáson vagy a jövőbeli küldetések során, sőt, akár a Naprendszer más bolygóin lévő életet is azonosíthatják, ha az közös biokémiát mutat a Földön ismert élettel. Az eszköz űrben történő használata segíthet abban is, hogy a Föld távoli pontjain a készüléket használó kutatók számára információkat szolgáltassanak.
Kate Rubins, a NASA asztronautája a Biomolecule Sequencer kísérlet lefuttatására készül. A kísérlet célja demonstrálni, hogy a DNS-szekvenálás megvalósítható egy Föld körüli pályán keringő űreszközön. – Kép forrása: NASA
13. A biztonságos testhőmérséklet nyomon követése a Földön
A testmaghőmérséklet az űrállomáson végzett testmozgás során gyorsabban emelkedik, mint a Földön. Az ESA (Európai Űrügynökség) ThermoLab-kísérlete 2009 óta vizsgálja a személyzet tagjainak testhőmérséklet-szabályozását és szív- és érrendszeri alkalmazkodását.
A német Dräge cég által a tanulmányhoz kifejlesztett, a testhőmérsékletet mérő technológia már a Földön is kezdett változást hozni. A készülékeket számos klinikán alkalmazzák a csecsemőinkubátorok és a betegek műtét közbeni megfigyelésére, és tanulmányozták, hogyan hat a szélsőséges hőség afrikai farmerekre. A készülék további alkalmazási területei közé tartozik a fáradtság jeleinek megfigyelése a szélsőséges körülmények között dolgozó embereknél, beleértve a tűzoltókat és a vadászpilótákat.
14. Világunk alaptudományának jobb megértése
Az állomáson végzett számos kísérlet új információkat tár fel, és régóta fennálló tudományos rejtélyekre ad válaszokat. Ezek az információk segítenek a kutatóknak abban, hogy az emberiség jobban megértse az olyan dolgokat, mint az égés vagy a folyadékok fizikája, ami az üzemanyag-hatékonyságtól kezdve az elektronika hűtéséig mindenben javulást eredményezhet.
Amikor a NASA FLEX-tanulmányának kutatói égő üzemanyagcseppek tanulmányozásával elemezték a tűzoltószereket, meglepő felfedezést tettek: a látszólagos lángkimaradás után is folytatódó, alacsony hőmérsékletű „égést” tapasztaltak. Ez a most hideg lángként ismert égési folyamat különbözik a tábortüzet melegen tartó lángoktól. A tipikus lángok kormot, szén-dioxidot és vizet termelnek, míg a hűvös lángok szén-monoxidot és formaldehidet. Ha többet tudunk meg e kémiailag eltérő lángok viselkedéséről, az hatékonyabb, kevésbé szennyező járművek kifejlesztéséhez vezethet.
15. A fiatal generációk inspirálása
Az űrhajósokkal folytatott beszélgetések, a személyzet tagjai által rögzített tudományos ismeretterjesztő videók az egész emberiséget magukkal viszik a kozmosz felfedezésébe. Az amatőr rádiózás a Nemzetközi Űrállomáson (ARISS) lehetőséget biztosít a világ minden tájáról érkező diákok számára arra, hogy közvetlenül a Föld körüli pályán tartózkodó űrhajósnak tegyenek fel kérdéseket, miközben megtanulják az amatőr rádiózás technikai alapjait. A program már több mint 250 000 résztvevőt kapcsolt össze az űrállomással és a legénység több mint 100 tagjával. További több százezer diák lépett kapcsolatba az űrhajósokkal az oktatási rendszeren keresztül is, segítve ezzel a tudósok és mérnökök következő generációjának inspirálását.
A NASA videója a 15 legfontosabb eredményről