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Investigación científica en la Estación Espacial Internacional

El comandante y oficial científico de la Expedición 8, Michael Foale, realiza una inspección de la caja de guantes científica de microgravedad .
El astronauta de la Agencia Espacial Europea (ESA) Thomas Reiter, especialista de la misión STS-116, trabaja con la carga útil de los Observatorios Pasivos para Sistemas Microbianos Experimentales en Micro-G (POEMS) en el Congelador de Laboratorio para la Estación Espacial Internacional (MELFI) a menos ochenta grados en el laboratorio Destiny de la Estación Espacial Internacional mientras el Transbordador Espacial Discovery estaba acoplado a la estación. MELFI es un congelador de baja temperatura con temperaturas operativas nominales de -80, -26 y +4 °C que conservará los materiales experimentales durante largos períodos.
El astronauta de la ESA Thomas Reiter, especialista de la misión STS-116, trabaja con la carga útil de Observatorios Pasivos para Sistemas Microbianos Experimentales en Micro-G (POEMS) en el Congelador de Laboratorio de Menos Ochenta Grados para la ISS (MELFI) dentro del laboratorio Destiny .

La Estación Espacial Internacional es una plataforma para la investigación científica que requiere una o más de las condiciones inusuales presentes en la órbita baja de la Tierra (por ejemplo, microgravedad , radiación ( cósmica ) y temperaturas extremas). Los principales campos de investigación incluyen la investigación humana , la medicina espacial , las ciencias de la vida , las ciencias físicas , la astronomía y la meteorología . [1] [2] La Ley de Autorización de la NASA de 2005 designó al segmento estadounidense de la Estación Espacial Internacional como un laboratorio nacional con el objetivo de aumentar el uso de la ISS por otras agencias federales y el sector privado. [3]

La investigación en la ISS mejora el conocimiento sobre los efectos de la exposición espacial a largo plazo en el cuerpo humano. Los temas actualmente en estudio incluyen atrofia muscular , pérdida ósea y cambio de fluidos. Los datos se utilizarán para determinar si la colonización espacial y los vuelos espaciales humanos prolongados son factibles. A partir de 2006, los datos sobre pérdida ósea y atrofia muscular sugieren que habría un riesgo significativo de fracturas y problemas de movimiento si los astronautas aterrizaran en un planeta después de un largo crucero interplanetario (como el tiempo de viaje de seis meses requerido para volar a Marte ). [4] [5] Se realizan estudios médicos a gran escala a bordo de la ISS a través del Instituto Nacional de Investigación Biomédica Espacial (NSBRI). Entre ellos, destaca el estudio de Ultrasonido Diagnóstico Avanzado en Microgravedad en el que los astronautas (incluidos los ex comandantes de la ISS Leroy Chiao y Gennady Padalka ) realizan ecografías bajo la guía de expertos remotos. El estudio considera el diagnóstico y el tratamiento de afecciones médicas en el espacio. Normalmente, no hay ningún médico a bordo de la ISS, y el diagnóstico de enfermedades es un desafío. Se prevé que las ecografías guiadas a distancia se puedan utilizar en la Tierra en situaciones de emergencia y de atención rural donde el acceso a un médico capacitado es difícil. [6] [7] [8]

Los investigadores están estudiando el efecto del entorno casi sin gravedad de la estación en la evolución, el desarrollo, el crecimiento y los procesos internos de plantas y animales. En respuesta a algunos de estos datos, la NASA quiere investigar los efectos de la microgravedad en el crecimiento de tejidos tridimensionales similares a los humanos y los inusuales cristales de proteínas que se pueden formar en el espacio. [9]

La investigación de la física de los fluidos en microgravedad permitirá a los investigadores modelar mejor el comportamiento de los fluidos. Debido a que los fluidos pueden combinarse casi por completo en microgravedad, los físicos investigan fluidos que no se mezclan bien en la Tierra. Además, un examen de las reacciones que se ralentizan por la baja gravedad y las bajas temperaturas brindará a los científicos una comprensión más profunda de la superconductividad . [9]

El estudio de la ciencia de los materiales es una importante actividad de investigación de la ISS, cuyo objetivo es obtener beneficios económicos mediante la mejora de las técnicas utilizadas en tierra. [10] Otras áreas de interés incluyen el efecto del entorno de baja gravedad en la combustión, mediante el estudio de la eficiencia de la quema y el control de emisiones y contaminantes. Estos hallazgos pueden mejorar nuestro conocimiento sobre la producción de energía y generar beneficios económicos y ambientales.

La teledetección de la Tierra, la astronomía y la investigación del espacio profundo en la ISS han aumentado significativamente durante la década de 2010 después de la finalización del Segmento Orbital de EE. UU. en 2011. A lo largo de los más de 20 años del programa de la ISS, los investigadores a bordo de la ISS y en tierra han examinado aerosoles , ozono , vapor de agua y óxidos en la atmósfera de la Tierra, así como el Sol , rayos cósmicos , polvo cósmico , antimateria y materia oscura en el universo. Ejemplos de experimentos de teledetección de observación de la Tierra que han volado en la ISS son el Orbiting Carbon Observatory 3 , ISS-RapidScat , HICO , ECOSTRESS , la Investigación de Dinámica de Ecosistemas Globales y el Sistema de Transporte de Aerosoles en las Nubes . Los telescopios y experimentos astronómicos basados ​​en la ISS incluyen SOLAR , el Explorador de la composición interior de las estrellas de neutrones , el Telescopio Electrónico Calorimétrico , el Monitor de imágenes de rayos X de todo el cielo (MAXI) y el Espectrómetro Magnético Alfa . [9] [11]

Desde 2018, un ejemplo de fabricación automatizada en la ISS es la prueba en nueve lanzamientos (hasta abril de 2024) de un sistema para fabricar retinas artificiales que se benefician del entorno de ingravidez. [12] Los avances han dado como resultado el objetivo de comenzar los ensayos humanos del material a principios de 2027. [12]

Instalaciones científicas de la ISS

[13] [14]
La ISS incluye una serie de módulos dedicados a la actividad científica, así como otro hardware diseñado para el mismo propósito.

Módulos de laboratorio:

Hardware científico no conectado a ningún módulo de laboratorio:

Colón

Hardware científico interno:

Hardware científico externo:

Destino

Planeado para lanzamiento:

Kibo

[26]
Hardware científico interno:

Hardware científico externo:

Poisk

Pequeño hardware de la ISS

Sub-rack de la ISS

[54]

Almacenamiento en la ISS

[54]

Armario de cubierta intermedia de la ISS

[54]

Inserción de casillero de cubierta intermedia de la ISS

[54]

Actividad científica y de investigación de la JAXA en la ISS

[96] [97] [98]

Experimentos

Campos de investigación aplicada

Campos de desarrollo de la tecnología espacial humana

Campos de utilización educativa y cultural

Campos de utilización comercial

El uso de Kibo está sujeto a pago de tasas y está disponible para uso comercial sin restricciones. Los costos de operación correrán a cargo de cada usuario. Los resultados obtenidos mediante el uso serán de su propiedad. [99]

Experimentos en instalaciones expuestas

Actividad científica y de investigación de la NASA en la Estación Espacial Internacional

[120]

Investigación humana

[121]

Efecto de los vuelos espaciales prolongados sobre el músculo esquelético humano

[122]

Sistemas cardiovascular y pulmonar

Sistemas de atención sanitaria para la tripulación

Comportamiento y desempeño humano

Sistema inmunitario

Fisiología integrada

Sistemas neurológicos y vestibulares

Radiación

Otros experimentos

Biología y biotecnología

[182]

Biología animal

Biología celular y biotecnología

Microbiología

En agosto de 2020, los científicos informaron que se descubrió que las bacterias de la Tierra, en particular la bacteria Deinococcus radiodurans , que es altamente resistente a los peligros ambientales , sobrevivieron durante tres años en el espacio exterior , según estudios realizados en la Estación Espacial Internacional . Estos hallazgos respaldan la noción de panspermia , la hipótesis de que la vida existe en todo el Universo , distribuida de diversas formas, incluido el polvo espacial , los meteoroides , los asteroides , los cometas , los planetoides o las naves espaciales contaminadas . [202] [203]

Biología vegetal

Cristalización de proteínas

Otros experimentos

Ciencias físicas y de los materiales

[263]

Ciencia de la combustión

Física de fluidos

Ciencias de los materiales

Física cuántica

Otros experimentos

Desarrollo tecnológico

[299]

Caracterización del entorno de microgravedad en la ISS

Monitoreo ambiental de la ISS

Picosatélites y tecnologías de control

Materiales de naves espaciales

Sistemas de naves espaciales

Naves espaciales y entornos orbitales

Otros experimentos

Ciencias de la tierra y del espacio

[341]

Ciencias de la tierra

Ciencia espacial

Otros monitores y observatorios desde el terreno

Resultados de las operaciones de la ISS

[352]

Ciencia iniciada por la tripulación

Actividades educativas

Monitoreo ambiental de la ISS

Seguimiento médico de los miembros de la tripulación de la ISS

Sistemas de naves espaciales

Naves espaciales y entornos orbitales

Objetivo de la prueba de desarrollo de la estación

Objetivo médico complementario

La ESA informó sobre la actividad científica y de investigación en la ISS

Al igual que la NASA y la JAXA, la ESA también realizó numerosos experimentos en la Estación Espacial Internacional.

Energia RSC informó sobre la actividad científica y de investigación en la ISS

[367]

Investigación sobre la vida humana

[368]

Investigación geofísica

[398]

Detección de recursos terrestres

[407]

Biotecnología espacial

[413]

Investigación técnica

[437]

Actividades contractuales

[457]

Estudio de los rayos cósmicos

[495]

Proyectos educativos y humanitarios

[499]

Tecnología espacial y ciencia de los materiales

[505]

Programas extranjeros

[513]

Otro

En mayo de 2011, la misión STS-134 del transbordador espacial Endeavour llevó 13 kits de Lego a la Estación Espacial Internacional, donde los astronautas construyeron modelos y vieron cómo reaccionaban en microgravedad, como parte del programa Lego Bricks in Space. Los resultados se compartieron con las escuelas como parte de un proyecto educativo. [514] [515]

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