La misión STS-50 (US Microgravity Laboratory-1) fue la duodécima misión del transbordador espacial de la NASA , la del Columbia . El Columbia aterrizó en el Centro Espacial Kennedy por primera vez debido al mal tiempo en la Base Aérea Edwards causado por los restos del huracán Darby . [1] [2]
Los astronautas se dividieron en un equipo rojo y un equipo azul para permitir el seguimiento permanente de los experimentos. [4]
El Laboratorio de Microgravedad-1 de Estados Unidos fue una misión de laboratorio espacial que incluyó experimentos en ciencia de materiales, física de fluidos y biotecnología. Fue el primer vuelo de un transbordador espacial con el hardware Extended Duration Orbiter (EDO), que permitió vuelos de mayor duración.
La carga útil principal fue el Laboratorio de Microgravedad-1 de los Estados Unidos (US Microgravity Laboratory-1, USML-1), que realizó su primer vuelo. Contaba con un módulo Spacelab presurizado. El USML-1 fue el primero de una serie de vuelos planificados para avanzar en los esfuerzos de investigación de microgravedad de los Estados Unidos en varias disciplinas. Los experimentos realizados fueron: Horno de crecimiento de cristales (CGF); Módulo de física de gotas (DPM); Experimentos de convección impulsados por tensión superficial (STDCE); Crecimiento de cristales de zeolita (ZCG); Crecimiento de cristales de proteínas (PCG); Instalación de caja de guantes (GBX); Sistema de medición de aceleración espacial (SAMS); Aparato de bioprocesamiento genérico (GBA); Astrocultura-1 (ASC); Proyecto médico de órbita de duración extendida (EDOMP); Experimento de combustión de superficie sólida (SSCE). Los experimentos secundarios fueron: Investigaciones sobre procesamiento de membranas de polímeros (IPMP); Experimento de radioaficionados del transbordador (SAREX-II); e Instrumento de penacho ultravioleta (UVPI). [6]
El transbordador espacial Columbia se puso en órbita para realizar el vuelo más largo de la historia. El Columbia aterrizó casi 14 días después y regresó con datos y muestras recopilados de un importante conjunto de experimentos de microgravedad. La misión STS-50 del transbordador llevó al espacio el primer Laboratorio de Microgravedad de los Estados Unidos-1 (USML-1), que realizó experimentos de microgravedad de larga duración. La microgravedad es una aceleración gravitacional que es pequeña en comparación con la atracción gravitacional en la superficie de la Tierra . A través de la acción de la caída libre (por ejemplo, el transbordador espacial orbitando la Tierra), los efectos locales de la gravedad se reducen en gran medida, creando así un entorno de microgravedad.
Durante la misión extendida del Columbia , los miembros de la tripulación científica que trabajaban dentro del módulo largo Spacelab transportado en la bodega de carga del Columbia , llevaron a cabo más de 30 investigaciones y pruebas de microgravedad. Para maximizar el rendimiento científico de la misión, se llevaron a cabo experimentos las 24 horas del día. Las investigaciones se enmarcaron en cinco áreas básicas de investigación científica de microgravedad: dinámica de fluidos (el estudio de cómo los líquidos y gases responden a la aplicación o ausencia de diferentes fuerzas), ciencia de los materiales (el estudio de la solidificación de los materiales y el crecimiento de los cristales), ciencia de la combustión (el estudio de los procesos y fenómenos de la quema), biotecnología (el estudio de los fenómenos relacionados con los productos derivados de los organismos vivos) y demostraciones de tecnología que buscaban probar conceptos experimentales para su uso en futuras misiones del transbordador y en la Estación Espacial Freedom .
En el USML-1 se utilizaron tres nuevas instalaciones para experimentos importantes: el horno de crecimiento de cristales, el aparato de experimentación por convección impulsada por tensión superficial y el módulo de física de gotas. Una pieza adicional de hardware nuevo en este vuelo fue la versátil caja de guantes , que permitió la manipulación "práctica" de pequeños experimentos mientras aislaba a la tripulación de los líquidos , gases o sólidos involucrados. A continuación se describen algunos de los experimentos del USML-1.
El horno de crecimiento de cristales (CGF) es una instalación reutilizable para investigar el crecimiento de cristales en microgravedad. Es capaz de procesar automáticamente hasta seis muestras grandes a temperaturas de hasta 1600 °C (2910 °F). Se pueden procesar muestras adicionales realizando un intercambio manual de muestras. Se utilizaron dos métodos de crecimiento de cristales, solidificación direccional y transporte de vapor, en el USML-1. Al analizar la composición y la estructura atómica de los cristales cultivados sin la influencia dominante de la gravedad, los científicos obtendrán información sobre las correlaciones entre los flujos de fluidos durante la solidificación y los defectos en un cristal. El CGF funcionó durante 286 horas y procesó siete muestras, tres más de lo programado, incluidos dos cristales semiconductores de arseniuro de galio . Los cristales de arseniuro de galio se utilizan en circuitos integrados digitales de alta velocidad, circuitos integrados optoelectrónicos y láseres de estado sólido . Los miembros de la tripulación pudieron intercambiar muestras utilizando una caja de guantes flexible especialmente diseñada para proporcionar operaciones experimentales adicionales.
El Experimento de Convección Impulsada por Tensión Superficial (STDCE, por sus siglas en inglés) fue el primer experimento espacial en utilizar instrumentos de última generación para obtener datos cuantitativos sobre flujos impulsados por tensión superficial en la superficie de líquidos en una amplia gama de variables en un entorno de microgravedad. Diferencias muy leves de temperatura superficial son suficientes para generar flujos de fluidos sutiles en la superficie de los líquidos. Dichos flujos, denominados " termocapilares ", existen en las superficies de fluidos en la Tierra. Sin embargo, los flujos termocapilares en la Tierra son muy difíciles de estudiar porque a menudo están enmascarados por flujos impulsados por flotabilidad mucho más fuertes. En microgravedad, los flujos impulsados por flotabilidad se reducen en gran medida, lo que permite el estudio de este fenómeno. El STDCE proporcionó las primeras observaciones de flujo termocapilar en un fluido de superficie curva y demostró que la tensión superficial es una poderosa fuerza impulsora del movimiento de fluidos.
El módulo de física de gotas (DPM) permitió estudiar líquidos sin la interferencia de un recipiente. Los líquidos en la Tierra toman la forma del recipiente que los contiene. Además, los materiales que componen el recipiente pueden contaminar químicamente los líquidos en estudio. El DPM utiliza ondas acústicas (sonoras) para colocar una gota en el centro de una cámara. Al estudiar las gotas de esta manera, los científicos tienen la oportunidad de probar teorías básicas de física de fluidos en las áreas de dinámica no lineal, ondas capilares y reología de superficie (cambios en la forma y flujo de la materia). Los miembros de la tripulación, mediante la manipulación de las ondas sonoras, pudieron rotar, oscilar, fusionar e incluso dividir gotas. En otra prueba, los miembros de la tripulación pudieron crear la primera gota compuesta, una gota dentro de una gota, para investigar un proceso que eventualmente podría emplearse para encapsular células vivas dentro de una membrana semipermeable para su uso en tratamientos médicos de trasplante.
La instalación de la caja de guantes (GBX, por sus siglas en inglés) probablemente haya demostrado ser el equipo de laboratorio espacial más versátil que se haya introducido en los últimos años. La caja de guantes ofrece a los miembros de la tripulación la oportunidad de manipular muchos tipos diferentes de actividades de prueba, demostraciones y materiales (incluso tóxicos, irritantes o potencialmente infecciosos) sin tener contacto directo con ellos. La GBX tiene una ventana que da a un espacio de trabajo limpio, guantes incorporados para la manipulación de muestras y equipos, un sistema de presión de aire negativa, un sistema de filtrado y una puerta de entrada para introducir y sacar materiales y experimentos del área de trabajo. El uso principal de la caja de guantes era mezclar selectivamente cristales de proteínas y controlar su crecimiento. La caja de guantes permitía a los miembros de la tripulación cambiar periódicamente las composiciones para optimizar el crecimiento, una novedad en el espacio. Otras pruebas realizadas dentro de la caja de guantes incluían estudios sobre llamas de velas , tracción de fibras, dispersión de partículas, convección de superficies en líquidos e interfaces líquido/contenedor. En total, se llevaron a cabo dieciséis pruebas y demostraciones dentro de la caja de guantes. La guantera también proporcionó a los miembros de la tripulación la oportunidad de realizar operaciones de respaldo en el aparato de bioprocesamiento genérico, que no estaban planificadas.
Otro de los experimentos del Spacelab fue el Aparato de Bioprocesamiento Genérico (GBA), un dispositivo para procesar materiales biológicos. El GBA procesó 132 experimentos individuales con volúmenes de varios mililitros. El aparato estudió células vivas, microorganismos utilizados en el tratamiento de desechos ecológicos y el desarrollo de artemias y huevos de avispa, así como otros modelos de prueba biomédicos que se utilizan en la investigación del cáncer. Una de las muestras estudiadas, los liposomas, consisten en estructuras esféricas que podrían usarse para encapsular fármacos. Si este producto biológico puede formarse adecuadamente, podría usarse para administrar un medicamento a un tejido específico del cuerpo, como un tumor.
El instrumento del Sistema de Medición de Aceleración Espacial (SAMS) midió las condiciones de aceleración de bajo nivel (también conocidas como microgravedad) experimentadas por los experimentos de microgravedad durante la misión. Estos datos son invaluables para que los científicos determinen si los efectos observados en sus datos experimentales se deben o no a perturbaciones externas. Los instrumentos SAMS volaron en más de veinte misiones del transbordador, 3,5 años en la Mir y una nueva versión se encuentra actualmente (2006) en la Estación Espacial Internacional .
Si bien la mayoría de los experimentos de la STS-50 se llevaron a cabo en el Laboratorio de Microgravedad 1 de los Estados Unidos (USML-1), otros se realizaron en la cubierta intermedia del Columbia . Entre los experimentos de la cubierta intermedia se incluyeron estudios sobre el crecimiento de cristales de proteínas, el cultivo astronómico y el crecimiento de cristales de zeolita.
El experimento de crecimiento de cristales de proteínas realizó su decimocuarto vuelo en transbordador, pero el USML-1 representó la primera vez que los miembros de la tripulación pudieron optimizar las condiciones de crecimiento utilizando la caja de guantes. Se sembraron alrededor de 300 muestras de 34 tipos de proteínas, incluido el complejo de transcriptasa inversa del VIH (una enzima que es una clave química para la replicación del SIDA) y el factor D (una enzima importante en los sistemas inmunológicos humanos). Aproximadamente el 40% de las proteínas transportadas se utilizarán para estudios de difracción de rayos X. El mayor tamaño y rendimiento se puede atribuir al mayor tiempo de crecimiento de los cristales proporcionado por esta misión. Los científicos en tierra utilizarán la cristalografía de rayos X para estudiar la estructura tridimensional de cada proteína que, una vez determinada, puede ayudar a controlar la actividad de cada proteína a través del diseño racional de fármacos.
El experimento Astroculture evaluó un sistema de suministro de agua que se utilizará para apoyar el crecimiento de plantas en microgravedad. El crecimiento de plantas en el espacio se considera un posible método para proporcionar alimentos , oxígeno , agua purificada y eliminación de dióxido de carbono para la habitación humana a largo plazo en el espacio. Dado que los fluidos se comportan de manera diferente en microgravedad que en la Tierra, los sistemas de riego de plantas utilizados en la Tierra no se adaptan bien al uso de microgravedad.
En el experimento de crecimiento de cristales de zeolita se procesaron 38 muestras separadas que se mezclaron en la caja de guantes. Los cristales de zeolita se utilizan para purificar fluidos biológicos, como aditivos en detergentes para ropa y en aplicaciones de limpieza de residuos.
La STS-50 no solo marcó el primer vuelo del Laboratorio de Microgravedad 1 de Estados Unidos (USML-1), sino también el primer vuelo del Extended Duration Orbiter . Para prepararse para la investigación en microgravedad a largo plazo (meses) a bordo de la Estación Espacial Freedom, los científicos y la NASA necesitan experiencia práctica en la gestión de tiempos cada vez más largos para sus experimentos. El transbordador espacial suele proporcionar una semana a diez días de microgravedad. Gracias al kit Extended Duration Orbiter, el transbordador espacial Columbia permaneció en órbita durante casi 14 días y las futuras misiones con el Columbia podrían durar hasta un mes. El kit consta de tanques adicionales de hidrógeno y oxígeno para la producción de energía, tanques adicionales de nitrógeno para la atmósfera de la cabina y un sistema de regeneración mejorado para eliminar el dióxido de carbono del aire de la cabina.
Uno de los aspectos prácticos de permanecer más tiempo en el espacio será el requisito de mantener la salud y el rendimiento de los miembros de la tripulación. Durante la misión STS-50, los miembros de la tripulación realizaron pruebas biológicas como parte del Proyecto Médico EDO. Los miembros de la tripulación controlaron su presión arterial y frecuencia cardíaca y tomaron muestras de la atmósfera de la cabina durante el vuelo. También evaluaron el dispositivo de presión negativa en la parte inferior del cuerpo (LBNP, por sus siglas en inglés) como contramedida a la reducción normal de fluidos corporales que se produce en el espacio. Si los efectos beneficiosos del LBNP pudieran durar 24 horas, mejorarían el rendimiento de los miembros de la tripulación en el reingreso y el aterrizaje.
Los miembros de la tripulación del STS-50 también operaron el Experimento de Radio Amateur del Transbordador Espacial (SAREX). A través del experimento, los miembros de la tripulación pudieron contactar con operadores de radioaficionados , una réplica de un velero polinesio en el Océano Pacífico y escuelas seleccionadas de todo el mundo. Podría decirse que fue la primera vez que los astronautas recibieron un video de televisión amateur de la estación del club de radioaficionados (W5RRR) en el Centro Espacial Johnson (JSC).
El experimento Investigaciones sobre el procesamiento de membranas poliméricas (IPMP) ya ha volado en seis misiones del transbordador espacial. Su objetivo es estudiar la formación de membranas poliméricas en condiciones de microgravedad con el objetivo de mejorar su calidad y su uso como filtros en procesos biomédicos e industriales.
La insignia de la misión muestra el transbordador espacial en la posición de vuelo típica para la microgravedad . La bandera USML se extiende desde la bodega de carga, en la que se encuentra el módulo Spacelab con el texto μg, el símbolo de la microgravedad. Tanto las estrellas y rayas en las letras USML, como el Estados Unidos resaltado en la Tierra debajo del transbordador, muestran el hecho de que se trataba de una misión científica totalmente estadounidense.
La actitud orbital de "posición vertical" del Columbia, aunque ideal para experimentos de microgravedad, estaba muy lejos de ser óptima desde el punto de vista de la vulnerabilidad a los desechos y micrometeoroides (D&M ). El orbitador recibió 40 impactos de desechos radiactivos, impactos en ocho ventanas y tres impactos en los bordes de ataque de carbono-carbono de las alas. [7]
Este artículo incorpora texto de esta fuente, que se encuentra en el dominio público .Este artículo incorpora texto de esta fuente, que se encuentra en el dominio público .