Jakou vědu přiveze k ISS loď Cygnus?

Jakou vědu přiveze k ISS loď Cygnus?

19. ledna 2024

Zkušební 3D tiskárna využívající kov, experiment zaměřený na výrobu polovodičů ve stavu mikrogravitace, nebo zařízení k provádění operací na dálku – to je jen část vědeckých nákladů, které NASA a další kosmické agentury vyšlou na Mezinárodní kosmickou stanici na lodi Cygnus v rámci zásobovací mise NG-20. Specifické bude, že o vynesení této nákladní kosmické lodi se koncem ledna postará raketa Falcon 9 od SpaceX. Cygnus poté zamíří k Mezinárodní kosmické stanici, ke které bude připojen pomocí staničního manipulátoru. V dnešním článku si posvítíme na nejzajímavější kousky vědeckých experimentů, které se již brzy vydají na ISS.

Kosmický 3D tisk

Experimentální kovový 3D tisk provedený před letem na ISS.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Výzkum Metal 3D Printer od agentury ESA má prověřit možnosti aditivní výroby (3D tisku) malých kovových dílů v podmínkách mikrogravitace. „Tento výzkum nám pomůže se základním pochopením toho, jak se taková tiskárna v kosmickém prostoru chová,“ vysvětluje Rob Postema z ESA a dodává: „3D tisk dokáže vytvořit objekty různých tvarů a plánujeme vytisknout vzorky, které mají nejprve pomoci pochopit, jak se tisk v kosmickém prostoru liší od tisku na Zemi. Poté nás bude zajímat, jaké druhy tvarů můžeme touto metodou vytvořit. Kromě toho nám tato činnost pomůže ukázat, jak může posádka bezpečně a efektivně pracovat s kovovým 3D tiskem v kosmickém prostoru.“

Získané výsledky by měly pomocí zlepšit chápání odborníků z hlediska funkčnosti, výkonnosti a provozu kovové 3D tiskárny v kosmickém prostoru, ale důraz bude kladen i na sledování kvality, pevnosti a dalších charakteristik vytištěných dílů. Pro dlouhodobé pilotované mise představuje doručování zásob velkou výzvu. Členové posádky by mohli využívat 3D tiskárny k údržbě vybavení při dlouhodobých misích v kosmickém prostoru, případně na Měsíci, či Marsu. Tím by došlo ke snížení nutnosti přibalovat všechny možné náhradní díly, nebo uvažovat, který nástroj či objekt může být v různých situacích potřeba, což by ušetřilo nejen čas, ale i peníze.

Pokroky v technologii 3D tisku kovů by se mohly uplatit i v pozemských aplikacích – od výroby motorů pro automobilový průmysl, letectví, či námořnictví. NASA zmiňuje i možnost uplatnění těchto postupů při výrobě nouzových ubytování po přírodních katastrofách. V rámci kontraktu s ESA tento výzkum vede tým odborníků především z Airbus U.S. Space & Defense a Space SAS.

Výroba polovodičů v mikrogravitaci

Moduly pro dodávku plynů a výrobní modul experimentu MSTIC .
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Experiment MSTIC (Manufacturing of Semiconductors and Thin-Film Integrated Coatings) má prověřit, jak prostředí mikrogravitace ovlivňuje tenké povrchové vrstvy (filmy), které mají široké spektrum využití. „Potenciál pro výrobu filmů s mimořádnými povrchovými strukturami a široké možnosti aplikací od sběru energie po technologii pokročilých senzorů, jsou skutečně přelomové,“ říká Alex Hayes z Redwire Space, který tuto metodu vyvinul a dodává: „Jde o významný pokrok v kosmické výrobě a může se jednat o předzvěst nové éry technologických pokroků s širokým dosahem implikací jak pro kosmický průzkum, tak i pro pozemské aplikace.“

Autonomní výroba založená na těchto technologiích by mohla umožnit náhradu mnoha přístrojů a procesů, které se používají pro mnoho různých polovodičů, což by mohlo vést k vývoji efektivnějších a výkonnějších elektronických zařízení. Výroba polovodičových zařízení v mikrogravitaci může také zlepšit jejich kvalitu a snížit množství potřebných materiálů, vybavení i práce. Na budoucích dlouhodobých kosmických misích může tato technologie poskytnout schopnost produkovat v kosmickém prostoru komponenty i celá zařízení, což by snížilo závislost na zásobovacích misích ze Země. Nová technologie by se navíc mohla uplatnit i v zařízeních pro sběr energie a poskytování energie na Zemi. „Ačkoliv je tento pilotní program zaměřen na porovnání tenkých filmů vytvořených na Zemi a v kosmickém prostoru, konečným cílem je rozšířit jej na výrobu v různých oblastech výroby polovodičů,“ uzavřel Hayes.

Modelování návratu do atmosféry

Umělecká představa pouzdra z experimentu KREPE-2 při vstupu do atmosféry.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Vědci, jejichž výzkum probíhá na kosmické stanici, často chtějí, aby se jejich experimenty vrátily na Zemi pro dodatečnou analýzu. Jenže podmínky, které kosmická loď zažívá při návratu do atmosféry (včetně extrémního žáru) mohou mít nežádoucí vliv na obsah experimentů. Systémy pro tepelnou ochranu návratových kabin, které chrání citlivých obsah před extrémním žárem, jsou založeny na numerických modelech, kterým často chybí reálné prověření ze skutečného letu. To může vést k výraznému nadhodnocování velikostí systémů nad potřebnou míru. Zbytečně velká tepelná ochrana pak stojí hodně cenného prostoru a hmotnosti. Experiment KREPE-2 (Kentucky Re-entry Probe Experiment-2) je součástí snah o zlepšení technologie systémů tepelné ochrany a využívá tři pouzdra vybavená různými materiály tepelných štítů a celou řadou senzorů, které mají měřit data při skutečném návratu do atmosféry.

„Díky úspěchu experimentu KREPE-1 jsme mohli vylepšit senzory, aby sbíraly více měření a vylepšení se dočkal i komunikační systém, který nyní přenese více dat,“ vyjmenovává hlavní výzkumný pracovník projektu, Alexandre Martin z University of Kentucky a dodává: „Máme možnost otestovat několik tepelných štítů, které nám poskytla NASA a které doposud nebyly testovány. Poprvé bude otestován i další typ vyvinutý výhradně na University of Kentucky.“ Pouzdra mohou být vybavena dalšími experimenty zaměřenými na návrat do atmosféry. Autoři také upozorňují na přínosy nasbíraných poznatků pro běžné lidi na Zemi. Tepelná izolace by totiž mohla najít uplatnění i při ochraně osob a majetku při lesních požárech.

Robotická chirurgie na dálku

Předstartovní zkoušky chirurgického robota.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Experiment Robotic Surgery Tech Demo má prověřit vlastnosti a chování malého robota, který může být na dálku ovládán ze Země, aby prováděl chirurgické činnosti. Výzkumníci chtějí porovnat postupy pro mikrogravitaci s těm pozemskými a vyhodnotit účinky mikrogravitace a časového zpoždění mezi kosmickým prostorem a povrchem země. Robot má k dispozici dvě ramena, kterými může uchopovat i řezat simulovanou tkáň. Jak říká Shane Farritor, hlavní technolog firmy Virtual Incision Corporation a autor výzkumu, který probíhá ve spolupráci s University of Nebraska, robot také poskytne data o tom, kde a jak je vhodné provést řez.

Delší kosmické mise s sebou nesou zvýšenou pravděpodobnost, že některý člen posádky bude potřebovat chirurgický zákrok – ať už by šlo o jednoduché zašití rány, nebo o nouzové odstranění slepého střeva. Výsledky tohoto výzkumu mohou podpořit vývoj robotických systémů, které jsou schopny provádět tyto činnosti. Kromě toho se dostupnost chirurgů ve venkovských oblastech mezi roky 2001 a 2019 snížila téměř o třetinu. Miniaturizace a možnost ovládat robota na dálku by mohly přispět k tomu, že operace bude dostupná kdekoli a kdykoli. NASA poskytuje finanční podporu výzkumu miniaturních robotů již více než 15 let. V roce 2006 se podmořské expedice NEEMO 9 zúčastnili dálkově ovládaní roboti. V roce 2014 provedl malý chirurgický robot simulované operační úkony na palubě letounu, který při parabolickém letu simuluje stav snížené gravitace.

Pěstování chrupavčité tkáně ve vesmíru

JBNm ukotvuje buňky chrupavky (červená) a usnadňuje tvorbu chrupavčité tkáně (zelená).
Zdroj: https://www.nasa.gov/

V rámci experimentu Compartment Cartilage Tissue Construct se budou prověřovat hned dvě technologie – JBNm (Janus Base Nano-Matrix) a JBNp (Janus Base Nanopiece). JBNm je injekčně vpravovatelný materiál, který poskytuje „lešení“ pro vznik chrupavčité tkáně v kosmickém prostředí, která pak může sloužit pro studium onemocnění těchto tkání. JBNp zajistí terapii založenou na RNA, která má bojovat s onemocněními, která způsobují degeneraci chrupavek. Problém spočívá v tom, že chrupavky mají omezenou schopnost samoopravy. Osteoartróza je proto hlavní příčinou invalidity starších pacientů na Zemi. Mikrogravitace může spustit degeneraci chrupavek, která napodobuje postup osteoartrózy související se stárnutím. Probíhá však rychleji, takže výzkum v mikrogravitaci by mohl vést k rychlejšímu vývoji účinnějších terapií. Výsledky tohoto výzkumu by mohly přispět k regeneraci chrupavek, ale také léčbě poškození a onemocnění kloubů lidí na Zemi. Lékaři by mohli také vyvinout způsoby, jak udržet chrupavku v dobrém stavu při budoucích misích na Měsíc a Mars.