El Laboratorio Nacional de los Estados Unidos de la ISS , comúnmente conocido como el Laboratorio Nacional de la ISS , es un laboratorio nacional financiado por el gobierno de los Estados Unidos establecido el 30 de diciembre de 2005 por la Ley de Autorización de la NASA de 2005. Con instalaciones de investigación principales ubicadas en el Segmento Orbital de los Estados Unidos (USOS) de la Estación Espacial Internacional (ISS), el Laboratorio realiza investigaciones en ciencias de la vida , ciencias físicas , desarrollo de tecnología y teledetección para una amplia gama de usuarios académicos, gubernamentales y comerciales. De las 270 cargas útiles que el Centro para el Avance de la Ciencia en el Espacio (CASIS) ha enviado a la ISS, 176 han sido para empresas comerciales [1], incluidas Merck & Co. , Novartis , Eli Lilly and Company , Hewlett Packard Enterprise , Honeywell y Procter & Gamble . [2]
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La ISS ha sido una plataforma científica operativa desde la instalación del módulo Destiny en febrero de 2001. [3] La Ley de Autorización de la NASA de 2005 designó al segmento estadounidense de la ISS como Laboratorio Nacional con el fin de "... ayudar a mejorar la vida en la Tierra, fomentar las relaciones entre la NASA, otras agencias federales y el sector privado, y promover la educación STEM mediante la utilización de capacidades únicas de la ISS en microgravedad". [4] En la Ley de Autorización de la NASA de 2010 , el Congreso ordenó a la NASA que eligiera una entidad sin fines de lucro para administrar el Laboratorio Nacional de EE. UU. En agosto de 2011, la NASA firmó un acuerdo de 10 años con CASIS para desarrollar completamente el segmento estadounidense de la ISS como Laboratorio Nacional. [5] En julio de 2017, la NASA extendió el contrato con CASIS para administrar el Laboratorio Nacional de EE. UU. hasta septiembre de 2024. [5]
Las instalaciones de investigación científica del Laboratorio Nacional proporcionan infraestructura y equipamiento para realizar experimentos en microgravedad. [6] Las instalaciones suelen permanecer en la estación durante períodos prolongados para respaldar oportunidades de investigación repetidas y a largo plazo. Muchas instalaciones están administradas por empresas del sector privado. [7] Los administradores de las instalaciones respaldan el uso del equipo en la estación para investigaciones de organizaciones distintas al desarrollador y propietario del hardware, lo que valida un modelo comercial para servicios comerciales en órbita a costos más bajos. [6] [7] El Laboratorio Nacional ahora tiene 14 instalaciones de laboratorio operadas comercialmente administradas por ocho empresas, incluidas dos instalaciones recientemente instaladas en el año fiscal 2018 y un nuevo administrador de instalaciones. [8]
Instalación de fabricación aditiva : al utilizar una impresora 3D , esta instalación de fabricación puede realizar el mantenimiento de la estación, construir herramientas, actualizar e instalar nuevo hardware y reparar secciones de la ISS en caso de emergencia. [9] Sus capacidades de fabricación también respaldan una amplia gama de intereses comerciales en la ISS. [9]
Procesador de experimentos espaciales avanzados (ADSEP) : esta instalación controlada térmicamente permite realizar experimentos en tecnología celular, organismos modelo, fluidos multifásicos, química de soluciones, ciencia de separación, microencapsulación y crecimiento de cristales. [10]
Densitómetro óseo : esta herramienta permite escanear la densidad ósea de ratones durante vuelos espaciales, lo que ayuda a los investigadores a estudiar las enfermedades óseas humanas. [11]
Instalación de vuelo experimental de materiales de la Estación Espacial Internacional (MISSE-FF) : una instalación que prueba materiales, recubrimientos y componentes en el espacio. [12] Los experimentos mostrarán cómo reaccionan los materiales a la radiación ultravioleta (UV), el oxígeno atómico (AO), la radiación ionizante , el vacío ultra alto (UHV), las partículas cargadas , los ciclos térmicos , la radiación electromagnética y los micrometeoroides . [12] Las industrias que se benefician de las pruebas incluyen materiales avanzados , automoción , aeronáutica , energía , espacio (hardware de vuelo, ropa y protección para astronautas), transporte y desechos en órbita de micrometeoroides ( MMOD ). [12]
Plataforma de variabilidad multiusos (MVP) : una instalación que proporciona control artificial de gravedad, temperatura, humedad, oxígeno y dióxido de carbono durante las pruebas en el espacio. [13] Apoya la investigación en Drosophila , C. elegans , células cultivadas , plantas , animales acuáticos , cristalización de proteínas , chips de tejido y estudios de gravedad funcional. [13]
MUSES (Sistema multiusuario para detección de la Tierra) : esta instalación alberga instrumentos de observación de la Tierra, como cámaras digitales de alta resolución y generadores de imágenes hiperespectrales, y proporciona una orientación precisa. [14] Los datos recopilados de esta instalación se pueden utilizar para: conocimiento del dominio marítimo , conocimiento agrícola, seguridad alimentaria , respuesta ante desastres , calidad del aire , exploración de petróleo y gas , detección de incendios y preservación del patrimonio . [14]
Nanoracks CubeSat Deployer : un dispositivo diseñado para desplegar satélites, o CubeSats , en órbita desde la ISS. [15] Un CubeSat es un estuche de lanzamiento apilable, modular y cargado en tierra que puede acomodar hasta 6,5 U. [16] El sistema de despliegue de CubeSat puede aislar mecánica y eléctricamente a los CubeSats de la ISS, los vehículos de reabastecimiento de carga y la tripulación de la ISS. [15]
Plataforma externa Nanoracks : instalada en el exterior de la ISS, es la primera capacidad de investigación comercial externa para pruebas de sensores, materiales y electrónica que se puede recuperar y devolver a la Tierra . [17] Ofrece resultados de investigación relacionados con pruebas biológicas, pruebas de objetivos de sensores, pruebas de componentes de comunicaciones satelitales, pruebas de sistemas de energía y pruebas de materiales. [18]
Plataforma interna Nanoracks (Nanolab): mide 10 cm por 10 cm por 10 cm, es una unidad en forma de caja que transporta el proyecto de un investigador a la ISS. [19] Este hardware miniaturizado tiene una placa de circuito que activa el experimento, lo apaga y puede utilizarse para otras actividades. Los NanoLabs se conectan a la plataforma de la instalación mediante un puerto USB, lo que permite el flujo de datos y energía. [19]
Nanoracks PlateReader : un instrumento de laboratorio diseñado para detectar eventos biológicos, químicos o físicos de muestras en placas de microtitulación. [20] Los lectores de microplacas se utilizan ampliamente en investigación, descubrimiento de fármacos, validación de bioensayos, control de calidad y procesos de fabricación en la industria farmacéutica y biotecnológica. [20] También tiene capacidad de control de temperatura, lo que hace posible la incubación a largo plazo de muestras, como medir el crecimiento microbiano o monitorear la expresión genética. [20]
Laboratorio automatizado de bioproductos espaciales (SABL) : se puede utilizar para experimentos en ciencias biológicas, físicas y materiales, con el objetivo de apoyar la investigación de sistemas y procesos biológicos. [21] En este laboratorio se estudian microorganismos, organismos pequeños, células animales, cultivos de tejidos y plantas pequeñas. [21]
Tecnología Espacial y Sistemas de Investigación Avanzada (STaARS) : una plataforma de investigación con la capacidad de apoyar la investigación en ciencias físicas, biotecnología avanzada y ciencias biológicas al proporcionar un control de temperatura confiable, hardware experimental controlable y acceso rápido para vuelos. [22] Los hallazgos impactan en las ciencias farmacéuticas, de ingeniería de tejidos, medicina regenerativa, biocombustibles y de descubrimiento. [22]
TangoLab-1 : una instalación de investigación general totalmente automatizada, multipropósito y reconfigurable en la ISS. [23]
TangoLab-2 : una instalación de investigación general totalmente automatizada, multipropósito y reconfigurable en la ISS. [24] La principal diferencia entre TangoLab-1 y TangoLab-2 es un sistema de ventilación mejorado que permite una mayor capacidad de rechazo del calor. Esto permite realizar investigaciones con un mayor consumo de energía y requisitos de temperatura más bajos. [24]
Todos los organismos vivos de la Tierra están continuamente influenciados por fuerzas gravitacionales tanto a nivel macro como molecular. Las condiciones de microgravedad en el espacio inducen cambios en la regulación del ADN, la expresión de genes y la estructura y función celular. [25] La comprensión del impacto de la fuerza gravitacional en los sistemas vivos y sus procesos bioquímicos hace avanzar la investigación en los campos de la biología , la genética , la atención de la salud , la medicina , la microbiología , las ciencias vegetales y de los cultivos , la nanotecnología y la medicina farmacéutica y regenerativa . [25]
Se ha demostrado que las células madre , las células maestras que producen todos los tipos de células de órganos y tejidos, pueden crecer más rápido en microgravedad en comparación con las células cultivadas convencionalmente en gravedad. [26] Las condiciones en el espacio también permiten la formación de tejidos tridimensionales junto con la diferenciación de células madre en diferentes tipos de células que imitan mejor las funciones de los tejidos y sistemas de órganos. [27]
Un científico está experimentando con células madre humanas en el espacio para mejorar los tratamientos para las víctimas de accidentes cerebrovasculares. El objetivo es "ampliar la población de células madre que inducirán la regeneración de neuronas y vasos sanguíneos en pacientes que han sufrido un accidente cerebrovascular hemorrágico...". [26] Este tipo de investigación se está llevando a cabo en laboratorios en la Tierra utilizando incubadoras, pero el cultivo de las células madre requiere un período de tiempo prolongado. Este científico cree que las pruebas en el espacio acelerarán el crecimiento de las células. [26] Los investigadores también están utilizando una tecnología llamada órganos en chips o tejidos en chips para construir versiones diminutas de sistemas humanos. Estos dispositivos similares a microchips están incrustados con células vivas que reaccionarán en el espacio como si el órgano completo estuviera allí. [28] Los científicos creen que estos chips eventualmente reemplazarán los cultivos tradicionales en placa y las pruebas con animales para estudiar enfermedades y probar nuevos medicamentos. [29] El último experimento de tejidos en chip en la ISS implica el crecimiento de tejido óseo funcional. [29]
La microgravedad también permite a los científicos cultivar más cristales de proteínas de mayor calidad que podrían ayudar a mejorar el diseño de fármacos. [30] Los científicos eligen realizar este tipo de investigación en la ISS porque es más fácil mantener temperaturas uniformes en líquidos en microgravedad debido a la ausencia de convección que impulsa la mezcla de fluidos con diferentes temperaturas y densidades. [31] Sin convección, el movimiento de fluidos de diferente densidad y temperatura se produce debido a la difusión, que es más lenta que la convección. Esto hace que el proceso de cultivo de cristales sea más preciso. [31]
Los investigadores de un laboratorio estadounidense están cultivando cristales de la proteína LRRK2, que causa la enfermedad de Parkinson . Cuando se cultivan en laboratorios de la Tierra, los cristales de la proteína son pequeños y tienen numerosos defectos. Los científicos creen que los efectos de la microgravedad permitirán que los cristales de la proteína crezcan más y tengan defectos mínimos, lo que facilitaría el análisis de la estructura. [32] Si tienen éxito, los científicos creen que podrían desarrollar un fármaco que inhibiría esta proteína, previniendo o ralentizando la progresión de esta enfermedad. [32] Este tipo de investigación también podría ser útil para la fibrosis quística y la enfermedad de Huntington , porque los científicos no han podido cultivar cristales de las proteínas activas en la Tierra con una calidad lo suficientemente buena como para obtener imágenes. [27]
La cristalización de proteínas también podría tener un impacto en el método de administración de un medicamento contra el cáncer que se encuentra actualmente en el mercado. [33] La esperanza es que la falta de variabilidad inducida por la gravedad durante la formulación del medicamento [33] en la ISS podría ayudar a la empresa a mejorar la administración y la eficacia del medicamento al convertir una infusión intravenosa de una hora de duración en una simple inyección. [31]
Otro científico está probando un nuevo pegamento que fija el hueso fracturado y estabiliza el sello entre el metal y los huesos. El investigador descubrió que cuando el hueso se volvió a pegar en la Tierra, los materiales se convirtieron en hueso nuevo con el tiempo. El investigador ahora está probando el pegamento en el espacio para ver si acelera la formación de hueso nuevo. [34]
Este científico cree que las cirugías sobre huesos fracturados podrían ser mucho menos complicadas si se utilizara pegamento óseo en lugar de placas, tornillos y varillas de metal. [34]
Los científicos también están analizando el crecimiento bacteriano en la Estación Espacial Internacional y las mutaciones que pueden determinar la próxima superbacteria, o cepas de bacterias que tienen resistencia a múltiples antibióticos. La observación de estas mutaciones les ayudará a desarrollar medicamentos que eliminarán bacterias como el Staphylococcus aureus resistente a la meticilina (SARM), que se propaga fácilmente y es muy difícil de tratar. [35]
Un estudio pretende encontrar tratamientos para enfermedades relacionadas con la edad observando cómo la microgravedad afecta a las células T , el tipo de glóbulos blancos responsables de las respuestas inmunitarias. En condiciones de baja gravedad, las células T solo se activan con la mitad de frecuencia o menos que las muestras de control, [36] lo que indica una capacidad reducida para combatir las infecciones. Dado que vivir en microgravedad acelera el mismo tipo de problemas que la vejez, este investigador está interesado en determinar el punto más temprano en el que las células T se vuelven diferentes en el espacio. [36]
Un investigador está utilizando una máquina para analizar genes y está probando si los astronautas experimentan cambios genéticos en su ADN que podrían causar que tengan sistemas inmunológicos debilitados cuando están en el espacio. [37] Los hallazgos de este experimento son importantes porque determinarán si los astronautas podrían realizar experimentos en el espacio durante períodos prolongados de tiempo. [37]
Por ejemplo, los científicos están utilizando la capacidad única de la microgravedad para acelerar el deterioro óseo para estudiar la pérdida ósea en roedores en el espacio. El experimento implica estudiar cómo NELL-1 , una molécula en humanos que tiene la capacidad de generar hueso nuevo, funciona como un tratamiento para prevenir la pérdida ósea en ratones en el espacio. [38] Los hallazgos podrían conducir al desarrollo de tratamientos para la restauración ósea, la prevención de la pérdida ósea y el injerto óseo. [38]
La trayectoria orbital de la ISS viaja sobre las regiones de la Tierra que contienen más del 90 por ciento de la población de la Tierra, brindando a los científicos una vista única de nuestro planeta. [39] Además de la vista, la ISS también proporciona una mejor resolución espacial y condiciones de iluminación variables en comparación con otros satélites utilizados para la observación de la Tierra . [39] Estas nuevas tecnologías están avanzando en los estudios sobre agricultura , calidad del agua , recursos naturales , monitoreo atmosférico y rastreo marítimo. [39]
En una de sus misiones, la Estación Espacial Internacional (ISS) instaló un sensor de imágenes de rayos para monitorear los relámpagos en la Tierra. [40] Los datos recopilados ayudarán a los científicos a predecir los cambios climáticos, meteorológicos y atmosféricos. [40] Otro sensor se instaló en la nave espacial para monitorear los cambios en la capa de ozono . [40]
Durante dos años se instaló una cámara en la Estación Espacial Internacional para monitorear las lluvias de meteoritos desde el espacio. Esta investigación ayudó a los científicos a comprender mejor el comportamiento de los asteroides y los cometas y cómo han afectado a nuestro planeta. [41] Los resultados del estudio también podrían ayudarnos a protegernos de posibles colisiones. [41]
La marea roja , una proliferación de algas nocivas que libera toxinas en nuestros océanos, se ha estudiado en la Estación Espacial Internacional. Mediante un generador de imágenes especial que se instaló en la nave espacial, los científicos recopilaron datos que los ayudaron a detectar y clasificar las floraciones de algas. [42]
La pérdida de flotabilidad en el espacio permite a los científicos realizar investigaciones fundamentales en dinámica de fluidos, combustión y ciencias de los materiales. [43] Una mayor comprensión de estos conceptos facilita avances en los campos del transporte, la generación de energía, la fabricación y la medicina, al mismo tiempo que evolucionan los estándares de seguridad y eficiencia en múltiples disciplinas. [43]
Uno de los mayores desafíos en los viajes espaciales es el efecto que la radiación tiene sobre los materiales tanto artificiales como naturales. [44] Es por eso que los científicos están estudiando si un nuevo material gelatinoso, diseñado para ser utilizado en la fabricación de músculos sintéticos realistas para miembros artificiales utilizados por humanos y robots, podría sobrevivir a un viaje a Marte. [44] Este material se está probando en la Estación Espacial Internacional para determinar si conserva su durabilidad, flexibilidad y resistencia con altos niveles de radiación. [44]
Una empresa farmacéutica está realizando un experimento sobre las interacciones entre líquidos y sólidos y sobre cómo se disuelven los productos farmacéuticos en microgravedad. [45] Los resultados podrían conducir a medicamentos más eficaces que duren más tiempo en los estantes. [45]
Se están probando robots quirúrgicos en el espacio para aumentar la eficiencia de la investigación realizada en la ISS. [46] Los robots podrán realizar pequeñas tareas diestras, lo que ampliará el tipo de investigación que se puede realizar en el espacio y dará a la tripulación de vuelo más tiempo para centrarse en otros experimentos. [46]
Dos empresas están realizando experimentos en el espacio para mejorar los productos de consumo. [1] Una de ellas está probando un cabezal de ducha más eficiente que utiliza un "chip oscilante" para descomponer el agua y liberarla más rápidamente, de modo que utilicemos menos agua en la ducha. Otra está estudiando cómo se forma un compuesto llamado sílice en microgravedad para poder producir neumáticos más eficientes en cuanto a consumo de combustible. [1]
El laboratorio estadounidense sirve como centro de pruebas para nuevos desarrollos en tecnología de teledetección, así como para innovaciones en informática, electrónica y creación de prototipos de hardware. [47] También cuenta con instalaciones de producción y fabricación de materiales que funcionan en microgravedad. [47]
El laboratorio también prueba la robótica y los materiales avanzados para ver si pueden soportar el duro entorno de microgravedad. Los resultados proporcionarán información valiosa para futuras estaciones espaciales y satélites de próxima generación. [47]
Se prevé que una impresora 3D en la ISS produzca "piezas para satélites y otras naves espaciales, componentes de investigación médica, un dispositivo de ejercicios para Autodesk, llaves inglesas... y piezas para proyectos de secundaria". [48] Los investigadores creen que fabricar grandes estructuras en el espacio, en lugar de enviarlas desde la Tierra, ampliará el desarrollo y la exploración espacial, incluso hasta el punto de producir hábitats en la Luna y enviar drones para explorar otros planetas. [48]
Los investigadores están estudiando métodos innovadores para aumentar la sostenibilidad del algodón, que van desde mejorar las plantas para utilizar menos agua hasta obtener datos en tiempo real de la observación de la Tierra para los agricultores con el fin de tomar decisiones informadas que conserven el agua y ayuden en la gestión de los cultivos de campo. [49]
El primer aparato de rayos X instalado en la estación espacial, llamado Densitómetro Óseo, permite a los astronautas estudiar la osteoporosis examinando la "densidad ósea de organismos modelo en el espacio midiendo los niveles de energía absorbidos por los huesos a través del dispositivo". [50]
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