国际空间站如何帮助我们登上月球

国际空间站是美国国家航空航天局(NASA)阿尔特弥斯(Artemis)计划的基石,该计划将在2024年前将第一位女性和下一位男性登上月球。作为对微重力环境中生存如何影响生物体(尤其是人类)进行长期研究,以及测试使人类得以月球上工作的技术的唯一场所,空间站是在月球上建立可持续存在的一项独特资产。

登月任务将包括在“门户”(Gateway)月球空间站上、在月球表面以及包括“猎户座”(Orion)飞船和人类着陆系统在内的多个航天器上的时间组合。探索月球的技能和技术将有助于建立未来火星任务所需的能力。国际空间站这个轨道实验室为通向月球和火星所做的贡献如下所示。

人的因素

使宇航员在太空中保持安全是月球任务的重中之重,这需要对微重力环境下生活如何影响人类有广泛的了解。国际空间站提供了近20年的人类研究机会,这是其他平台无法实现的。以下是我们正在学习到的一些内容:

国际空间站如何帮助我们登上月球

日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)宇航员Norishige Kanai正在使用高级电阻式运动装置(Advanced Resistive Exercise Device, ARED), 该装置提供负荷,使宇航员在长时间的太空中体验复合并保持肌肉力量和质量。
版权:JAXA

骨骼和肌肉流失

在失重状态下,骨骼和肌肉的活动更少,宇航员在太空长时间停留期间会经历骨骼和肌肉流失。研究人员在不断研究这种流失的潜在机制和影响因素。一项研究通过扫描宇航员的髋骨来评估在微重力环境下骨折的可能性。其他研究将地面上的实验对象与空间站上的实验对象,或者与地面实验室模拟太空飞行条件下的实验对象进行比较。研究人员还利用空间站来了解如何利用饮食和锻炼来抵对抗微重力环境下生活的一些负面影响。

国际空间站如何帮助我们登上月球

NASA宇航员Serena Auñón-Chancellor在空间站进行视力检测,这是国际空间站上目前正在进行的宇航员健康维持活动的一部分。
版权:NASA

视力

宇航员在月球任务中收集信息最有价值的工具之一将是他或她本身的眼睛。然而,长时间的太空飞行往往会改变宇航员的视力。科学家们对太空飞行引起的视力损害以及据信由头部压力升高引起的变化进行监测,以描述微重力环境下的生活如何影响视觉、血管和中枢神经系统。这些研究有助于制定措施来帮助防止视力和眼睛损伤的持久变化。

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国际空间站如何帮助我们登上月球

欧洲航天局(ESA)宇航员亚历山大•格斯特(Alexander Gerst)向超灵敏气体分析仪呼气,进行气道监测实验,这是一项关于国际空间站上宇航员气道炎症的研究。实验结果帮助飞行外科医生制定更安全的前往月球和火星的长期任务,也可能会帮助地球上患有哮喘或其他呼吸道炎症性疾病的患者。
版权:NASA

健康监测

登月任务将使宇航员为火星任务做好准备,这将需要更大程度的自给自足且独立于地球,包括监测健康状况,以便宇航员能够自己识别并避免危险的健康状况。例如,个人二氧化碳监测调查试图展示一个可以不引人注目地收集和监测宇航员暴露于二氧化碳暴露情况的系统。人类通过呼吸自然产生二氧化碳,但是暴露在高浓度的二氧化碳中会导致健康问题。可穿戴式监测仪可以帮助宇航员跟踪他们暴露在二氧化碳中的情况,并在长时间的太空停留期间将其保持在安全水平以内。类似地,对宇航员气道炎症的研究旨在帮助宇航员识别微重力环境下由自由漂浮的灰尘和颗粒引起的健康状况的早期迹象。

国际空间站如何帮助我们登上月球

ESA宇航员托马斯•佩斯奎特(Thomas Pesquet)正在进行感知器性能重力参考(Gravitational References for Sensimotor Performance,GRASP)实验,该实验研究中枢神经系统如何整合来自不同知觉的信息。这项研究进一步揭示了大脑是如何适应缺失传统“上下”运动的微重力环境。
版权:NASA

身心功能

暴露在太空飞行中会改变身体的许多系统,使宇航员在着陆于行星表面后很难立即执行重要任务。前往月球或火星的宇航员到达后几乎没有时间从这些变化中恢复过来,也无法使用地球上的医疗和康复设施。一项研究确定了可能受到影响的任务,并为克服任何损害的对策设计提供支持。另一项研究验证了一系列测量在太空中的认知能力的测试。其他研究着眼于身体变化的复杂性、严重性和持续时间,以改善恢复时间并预防伤害。

支持飞往月球以及登陆月球任务的技术

为了在穿越太空或在月球或其他行星上建立可持续的基地,宇航员需要技术和硬件来满足人类基本需求,包括氧气和水,以及维护和修复这些系统的能力。他们还需要工具来实施任务行动。

国际空间站如何帮助我们登上月球

NASA宇航员杰克•费希尔(Jack Fischer)为毛细管结构研究安置了硬件,以研究用于水的循环利用和二氧化碳去除中流体和气体混合物的管理方法。研究结果有利于设计用于未来太空任务的更轻、更可靠的生命支持系统。
版权:NASA

生命支持系统

国际空间站为发展最先进的太空生命支持系统提供了动力,并成为改进这些系统的试验平台。目前空间站上的环境控制与生命支持系统(Environmental Control and Life Support System,ECLSS)提供氧气、饮用水和适当的舱内压力和温度,并去除二氧化碳、微量气体和颗粒。一套硬件被用来监测空间站的供水,其他硬件从回收的二氧化碳中产生氧气。最近的一个项目对一种新技术进行了测试,该技术使用蒸发冷却来使宇航服保持适当温度。

废物管理系统

每个人都需要“排泄”,太空对人类排泄物的管理提出了挑战。人类在空间站数十年的居住为改进厕所设计和废物管理系统做出了贡献。新的通用废物管理系统(UWMS)结合了航天器先前设计的最佳特征和现有空间站硬件,采用新技术来改善卫生、宇航员舒适度和可持续性。该系统包括一个双隔间,为厕所系统和卫生隔间提供隐私保护。

消防安全

了解火在太空中的蔓延和行为对宇航员的安全至关重要,尤其是当人类远离地球的时候。燃烧集成架(CIR)和微重力科学手套箱等设施为在空间站上研究燃烧提供了一个安全可靠的环境。CIR支持了广泛的燃烧和火焰实验。这项研究的一项重大发现来自于对灭火剂的分析:研究人员发现,在一定条件下,火焰熄灭后,“冷焰”仍然继续“燃烧”。

国际空间站如何帮助我们登上月球NASA宇航员凯特•鲁宾

(Kate Rubins)正在为生物分子测序仪实验做准备,该实验首次在航天器里对DNA测序进行了示范操作。基于太空的DNA测序可以识别微生物、诊断疾病并监测宇航员健康,以及对发现在太阳系的其他地方的基于DNA的生命提供潜在帮助。
版权:NASA

太空操作

宇航员已经在空间站上测试并使用了3D打印机,提高了在航天器上或月球及火星表面按需制造零部件的能力。这种制造甚至可以使用回收的废弃塑料来减少宇航员从地球上携带的工具或备件的质量和数量。

多亏了其他研究,我们现在可以在太空中进行DNA测序。这项技术使识别微生物和诊断疾病成为可能,以帮助维持宇航员的健康,并有可能探测到月球、火星或太阳系其他地方的基于DNA的生命。

空间站的研究还测试了利用月球和恒星的导航技术。这些技术可以作为未来任务的紧急增援或用于确认导航信息。

大规模的国际和商业伙伴关系

国际空间站是有史以来最复杂的太空探索项目,涉及美国、俄罗斯、欧洲、日本和加拿大的航天机构。它汇集了国际飞行任务的宇航员们;多个发射器;全球范围内的发射、运营、培训、工程、通信和研发设施;以及国际科研群体。

此外,空间站的研究已经从几乎完全依靠政府的资助和运作发展到涉及各种各样的商业参与者。这种商业化驱动未来的发展和创新,包括有效载荷集成和小型卫星市场。

空间站的国际和商业伙伴关系为2024年前实现人类在月球上的存在提供了宝贵的经验。这一规模更大、可持续的探索活动与国际和商业伙伴联合起来,使各国团结起来,创造新的经济机会,并激励子孙后代。
欲了解更多关于NASA的月球到火星计划的信息,请访问:

https://www.nasa.gov/specials/moon2mars/

关于国际空间站的每日更新,请关注@ISS_Research、空间站研究和技术新闻或国际空间站的Facebook。若想有机会看到空间站飞过你所在的城镇,请查看Spot the Station。

来源:
https://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/news/how-the-international-space-station-is-helping-us-get-to-the-moon

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