4月22日地球日,SpaceX Crew-2将搭载4名宇航员前往国际空间站。这四人包括NASA宇航员沙恩·金布罗(Shane Kimbrough)和梅根·麦克阿瑟(Megan McArthur),以及首次参与商业宇航员项目的两名国际合作伙伴——日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)宇航员星出明彦(Akihiko Hoshide)和欧洲航天局(ESA)宇航员托马斯·佩斯奎特(Thomas Pesquet)。

Crew-2在加利福尼亚州霍桑的SpaceX设施进行培训时的照片。从左起,欧空局的托马斯·佩斯奎特,NASA宇航员梅根·麦克阿瑟和沙恩·金布罗,以及JAXA的星出明彦。
影像来源:SpaceX

Crew-2宇航员将与第65次远征队的其他成员,美国宇航局宇航员马克·范德·黑(Mark Vande Hei)和俄罗斯宇航局的宇航员奥列格·诺维茨基(Oleg Novitskiy)和彼得·杜布罗夫(Pyotr Dubrov)一起执行为期六个月的任务,在近地轨道上进行科学实验。这项研究的一个重要科学重点是继续进行一系列的太空组织芯片研究。组织芯片是包含多种细胞类型的人体器官的小型模型,这些细胞的行为与它们在体内的行为基本相同。

这些芯片可能使确定安全和有效的治疗方法——药物或疫苗——比标准过程快得多。此外,在太空飞行期间,人体发生的许多变化与地球上衰老和疾病的发生和发展相似,但在微重力下发生的速度更快。科学家们在太空中使用专门的组织芯片来模拟影响人体特定器官的疾病,但这些疾病在地球上可能需要几个月或几年的时间来发展。

组织芯片是组织工程的一个方面,它使用细胞、工程和材料的组合来恢复、维护、改善或替换生物组织。地球上的组织工程需要某种支架来生长,并且最多只能达到1厘米的厚度,或刚刚超过1/4英寸。但是在微重力境下,细胞不是在扁平的平面上生长,而是可以长成三维的,可以很好地模拟人体组织。

“我们知道,细胞之间相互沟通,这种沟通对于细胞的正常运作至关重要,”国际空间站美国国家实验室的高级项目主任利兹·沃伦(Liz Warren)说。“我们并不完全了解其中的原因,但在微重力环境下,细胞间的交流与地球上的细胞培养瓶中的交流不同。细胞在微重力下的聚集或聚集方式也不同。这些特征使细胞的行为更像它们在体内时的行为。因此,微重力似乎为组织工程提供了一个独特的机会。”

国际空间站国家实验室和美国国立卫生研究院国家转化科学促进中心(NCATS)之间的合作已经将组织芯片送到空间站,以分析微重力对人类健康的影响,并将其转化为地球上的进步。研究人员正在使用组织芯片来研究免疫系统老化、肺免疫反应、肌肉骨骼疾病、肾功能、肌肉丧失或肌少症等。

2020年12月,美国宇航局宇航员凯特·鲁宾斯(Kate Rubins)为Cardinal心脏组织芯片研究项目进行操作。
影像来源:NASA

沃伦解释说,所有的组织芯片调查都要进行两次飞行,其中一些实验在第65次远征期间进行了第二次发射。”第一次飞行是对系统的验证。第二次飞行一般是为了测试一种或多种治疗方法”。

2021年4月2日,NASA和波音公司的工人在佛罗里达肯尼迪航天中心的空间站处理设施中,将太阳能电池板吊入飞行支持设备。这个长63英尺宽20英尺的太阳能电池板将在今年晚些时候发射到国际空间站。
影像来源:NASA/KSC

Crew-2任务的另一个重要元素是通过安装国际空间站展开式太阳能阵列(iROSA)来更新空间站的太阳能系统,iROSA像一个巨的瑜伽垫一样展开的紧凑型电池板。该技术的开发可以追溯到2009年,受益于美国宇航局的几十个小企业创新研究奖和后来的地面演示。2017年,基本设计在空间站进行了测试,以确定其强度和耐久性。第65号远征队计划在今年夏天开始准备用第一对六个新阵列补充空间站现有的刚性面板。

这张照片显示了从2017年6月开始的太阳能电池板(简称ROSA)的测试。第一批太阳能电池板的新推出设计将在Crew-2发射时送往空间站。
影像来源:NASA

一项在载人龙飞船和Crew-2的研究调查——CHIME,研究了微重力环境下免疫反应抑制的可能原因。微重力可能会导致人体免疫系统发生变化,这可能是长期太空旅行的一个问题。CHIME的调查可以帮助确定免疫系统功能障碍的潜在原因,并找到预防或抵抗免疫系统功能障碍的方法,从而帮助太空旅行者和地球上那些免疫系统受损的人。

机组成员在维护和升级空间站本身的内部和外部、保持自身健康的日常活动以及满满的科学研究(空间站的主要任务)之间保持着难以置信的忙碌。在微重力实验室上增加更多的船员,可以增加用于科学活动的时间。2020年11月,在由宇航员谢尔盖·雷日科夫和谢尔盖·库德-斯维尔奇科夫以及美国宇航局宇航员凯特·鲁宾斯组成的第64号远征队的基础上,增加了Crew-1,即NASA宇航员迈克尔·霍普金斯、维克多·格洛弗和香农沃克以及日本宇宙航空研究开发机构宇航员野口聪一,使用于科学研究和支持活动的时间增加一倍以上。

鉴于空间站对气候研究做出了重大贡献,Crew-2在地球日发射似乎很合适。第65次远征队机组成员与他们之前的许多人一样,通过机组成员地球观测(CEO)项目记录我们的星球。总的来说,机组成员们已经拍摄了超过150万张地球图像,为科学研究做出了贡献,如对夜间人工照明、藻类繁殖和南极架破裂的研究。

沙特阿拉伯西北海岸线外的红海域是大约260种珊瑚礁的家园。这张图片由空间站乘员在2020年11月拍摄,是机组成员地球观测(CEO)项目的一部分
影像来源:NASA

当Crew-2的成员今年秋天返回地球时,他们将提高图像记录的数量以及在太空中进行科学活动的总时间。随着已经为Crew-3和Crew-4选出了宇航员,这个轨道实验室将继续取得令人印象深刻的成果。

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参考来源:

https://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/news/crew-2-microgravity-science-space-station

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