yaşam Bilimleri
Uluslararası Uzay İstasyonu ISS’nin kullanımının ilk aşamasıyla karşılaştırıldığında, araştırma olanakları önümüzdeki yıllarda önemli ölçüde artacaktır: Yerçekimi biyolojisindeki deneylere ek olarak, Almanya’dan bilim adamları radyasyon ve astrobiyoloji alanındaki projeler üzerinde giderek daha fazla çalışmaktadır. Avrupa modülü Columbus’taki ve aynı zamanda harici platformlarındaki yeni cihazlar bunun için mükemmel fırsatlar sunuyor.
Uzay tıbbında ana odak noktası, insan vücudunun değişen yerçekimi koşullarına ve izolasyondaki hayata nasıl uyum sağladığını araştırmak olacaktır. Bu araştırmaların yanı sıra radyasyon ve astrobiyoloji alanındaki projeler, yaşamın temel süreçlerinin anlaşılmasına ve dünya üzerindeki yaşam koşullarının iyileştirilmesine önemli katkılar sağlamaktadır. Aynı zamanda, gelecekteki astronotların aya veya diğer keşif hedeflerine yönelik uzun vadeli misyonlarını hazırlamaya da hizmet ediyorlar.
Yerçekimi biyolojisi: bitkilerin uzayda yönelimi
Evrimin başlangıcından beri, yerçekimi tüm organizmalarda çok önemli bir rol oynamıştır. Bu nedenle araştırmacılar, uzun yıllardır organizmaların yerçekimini nasıl algılayıp işlediğini, örneğin bitkilerin nerede yukarı ve aşağı olduğunu nasıl bildiklerini ve köklerle sürgünlerin “doğru” yönde büyümeyi nasıl başardıklarını araştırıyorlar.
Bilim adamları, uzayda yaptıkları deneylerin yardımıyla doğadan birçok sırrı ortaya çıkarmayı başardılar: Özel bitki hücrelerinin, hücresel parçacıkları kaydırarak yerçekimi yönündeki bir değişikliğe nasıl tepki verdiğini keşfettiler. Hücre iskeleti ve çeşitli haberci maddelerin tutulumu da gösterilmiştir. Genler ve proteinler düzeyinde, önemli sinyal yollarını aydınlatabildiler ve adaptasyonları tanımlayabildiler.
Bununla birlikte, yerçekiminin algılanmasından bitkinin tepkisine kadar her bir aşamada yer alan kesin süreçler henüz tam olarak anlaşılamamıştır. Columbus deneylerinin devreye girdiği yer burasıdır; örneğin, bu soruyu modern moleküler biyoloji yöntemlerini kullanarak araştıran BIOLAB tesisinde.
Radyasyon ve Astrobiyoloji: Dünyanın Ötesinde Yaşam
Uzaydaki radyasyonun yoğunluğu ve bileşimi büyük ölçüde değişir. Bu nedenle, radyasyon riskini daha iyi değerlendirebilmek için gelecekte daha fazla ölçüm yapılması planlanmaktadır. Bu alandaki uzun yıllara dayanan uzmanlığı nedeniyle, DLR Havacılık ve Uzay Tıbbı Enstitüsü, ulusal ve uluslararası ortaklarla işbirliği içinde, önümüzdeki yıllarda ISS içinde ve dışında bu ölçümlere devam edecektir.
Radyasyonun gücünün ve bileşiminin dozimetrik kaydından neredeyse daha önemli olan, biyolojik etkinliğinin analizidir. İnsan üst vücudunun tüm organlarıyla birlikte son derece gelişmiş bir simülatörü olan hayalet bebek “Matroshka” burada şimdiden iyi sonuçlar verdi. Binlerce sensörle dolu iki kadın gövde simülatörü daha, Helga ve Zohar, Orion uzay aracının ilk uçuşunda yolcu koltuklarını işgal edecek ve uzayda maruz kalınan radyasyona ilişkin veri toplayacak.
ISS’nin harici platformlarındaki teşhir tesisleri astrobiyologlar için özellikle verimlidir. Bu tesislerde dozimetrik radyasyon ölçümlerinin yanı sıra, çeşitli organizmalar ve organik moleküller, uzayın aşırı çevre koşullarına maruz bırakılarak hayatta kalabilirlikleri veya değişimleri incelenir. Bu, yaşamın kökenini, evrimini ve yayılımını araştırmaya ve böylece yaşamın dünyaya nasıl gelmiş olabileceği sorusuna cevap vermeye hizmet eder.
İnsan Fizyolojisi: Vücuttaki Değişiklikleri Anlamak
Uzay tıbbında, önümüzdeki yıllarda Alman ISS deneylerinin odak noktası, insan vücudundaki değişikliklerin kapsamlı bir şekilde anlaşılması olacaktır. Bilim adamları, tüm insanı çeşitli sistem ve organlarının etkileşiminde ele alan bütünleştirici bir fizyoloji açısından, beyin, kemik ve kas sistemi, dolaşım sistemi, metabolizma, bağışıklık sistemi ve hormonal düzenleme arasındaki etkileşimleri dikkate alır. .
Yeni ve umut verici bir yaklaşım, sözde organoidlerin ve hücre yapılarının araştırılmasında yatmaktadır. Araştırmacılar bu organ benzeri dokular üzerinde astronotlarda mümkün olmayan çok sayıda araştırma yapabiliyorlar. Deneylerin amacı, fiziksel değişimlerin mekanizmalarını anlamak ve ardından sadece astronotlara değil, her şeyden önce Dünya üzerindeki insanlara fayda sağlayan uygun karşı önlemler geliştirmektir.
Fizik ve Malzeme Bilimi
Fizik ve malzeme bilimi alanındaki ISS araştırma faaliyetleri, önümüzdeki yıllarda kuantum fiziği gibi yeni alanları ve malzemelerin yerinde işlenmesi gibi yeni olasılıkları içerecek şekilde genişletilecektir. Granüler maddeyi veya gezegen atmosferlerindeki akıntıları incelemek için yeni deneyler eklendi. Bazı disiplinlerde, yanma araştırmalarında yangın güvenliği gibi genellikle keşifle ilgili olan yeni konulara odaklanılır.
Daha önce olduğu gibi, uzay araştırması için soruların alaka düzeyine ek olarak her zaman karasal fayda dikkate alınır. Minyatür kuantum sensörleri, yangınların önlenmesi veya erken tespiti veya endüstriyel malzemelerin optimizasyonundaki gelişmeler gibi Dünya’da da (örneğin jeodezi veya gemicilikte) ilgi görmektedir.
Malzeme araştırması: Metal ve çimento için yeni bakış açıları
Metalik ve yarı iletken malzemelerin yaklaşık yüzde 90’ı metalürjik eritme işlemlerinden gelir. Mevcut teknolojileri optimize etmek veya yenilerini geliştirmek için araştırmacılar sadece pratik testlerle değil, bilgisayar simülasyonları ile de çalışırlar, böylece endüstriyel ölçekte enerji tüketen ve zaman alan ön testler azaltılabilir. Ağırlıksızlıkta, bir eriyikte kaldırma kuvveti ve farklı yoğunluktaki bileşenlerin birikmesi gibi bozucu kuvvetler ortadan kaldırılır. Bunlar, katılaşma koşulları, malzeme yapısı ve ortaya çıkan özellikler arasındaki karşılıklı ilişkiyi açıklığa kavuşturmak için belirleyici avantajlardır. Bu amaçla Malzeme Bilimi Laboratuvarı’nda (MSL) katılaşan numunelerin değerlendirilmek üzere tekrar yeryüzüne getirildiği deneyler yapılmaktadır.
Son zamanlarda, erime ve katılaşma davranışı metal alaşımlarınınkiyle karşılaştırılabilir olan metaller yerine şeffaf, organik malzemelerin – şeffaf alaşımlar olarak adlandırılan – kullanıldığı Mikro Yerçekimi Bilimi Torpido gözünde (MSG) deneyler de yapılmaktadır. işleme sırasında doğrudan gözlemlenebilir. Numunelerin toprağa geri taşınması burada gerekli değildir. Alman bilim adamlarının katkıda bulunduğu bir örnek, Kozmik Öpücük görevi sırasında Matthias Maurer tarafından torpido gözünde işlenecek. Aynı zamanda, ISS için şu anda XRF adlı yeni bir tesis geliştiriliyor ve önümüzdeki yıllarda metal eritme ve katılaşma deneyleri de ilk kez X-ışını teşhisi kullanılarak yerinde izlenebiliyor.
Malzeme bilimi deneylerinin bir başka amacı, iletkenlik veya tokluk gibi reaktif erimiş metallerin termo-fiziksel özelliklerini, Dünya üzerindeki yerçekiminin etkisi altında olduğundan çok daha kesin bir şekilde kapsız işleme kullanarak ölçmektir. Bunun için EML (elektromanyetik levitator) sistemi kullanılmaktadır. Son zamanlarda EML için üçüncü bir dizi numune üretildi ve şimdi ISS’de işlenecek. Ek olarak, halihazırda dördüncü bir numune serisi seçilmiştir ve EML sistemi için daha fazla yükseltme yapılmasına karar verilmiştir.
Kozmik Öpücük görevi sırasında çimento karışımlarının sertleşmesi de incelenecek. MASON/Beton Sertleştirme deneyinin amacı, betonun ağırlıksız ortamda sertleşmesini ilk kez araştırmaktır. Sedimantasyon ve konveksiyon uzayda meydana gelmez. Özel kaplar, agresif çimento tozu veya sıvı çimento kütlesi kaçmadan kum, çimento, su ve agregaların karıştırılmasını mümkün kılar.
Sertleşme ile ilgili fiziksel süreçler, yerçekimi altında sertleşen numuneler ile karşılaştırılarak belirlenmelidir. Bunun, malzeme özellikleri ve üretimle ilgili CO açısından karasal üretim sürecini iyileştireceği umulmaktadır.2– Emisyonları optimize edebilmek. Ek olarak, bulgular, örneğin ay yüzeyindeki yapıların inşası ile ilgili olarak gelecekteki keşif faaliyetleriyle de ilgilidir.
Yanma Araştırması: Sıfır Yerçekiminde Alevler
Ateşleme süreçlerinin optimizasyonuna ek olarak, yangın güvenliği konusu son yıllarda araştırmaların odak noktası haline gelmiştir. SAFFIRE veya FLARE gibi Alman katılımlı büyük uluslararası projeler, bu yeni odaklanma ile karakterize edilir. Önceki standartlar yalnızca yerçekimi altında elde edildiğinden, mikro yerçekimi koşulları altında malzemelerin yanıcılığı için yeni bir uluslararası standart geliştirilecektir. Ek olarak, malzemelerin yüzey yapısının alev cephelerinin yayılması üzerindeki etkisi araştırılacaktır. Kibo modülünde barındırılan Japon FLARE deneyi ile ilk deneylerin 2021’in sonunda yapılması planlanıyor. Bunların arasında bazı Alman örnekleri de olacak.
Temel fizik: kuantum, plazmalar ve gezegen tozu
NASA’nın Soğuk Atom Laboratuvarı (CAL) ile kuantum fiziği, 2018’de ISS’de de yolunu buldu. Aşırı soğuk atom toplulukları (Bose-Einstein yoğuşmaları) önemli ölçüde daha fazla olduğundan, mikro yerçekimi altındaki kuantum deneyleriyle çok daha kesin deneyler yapmak mümkündür. ağırlıksızlık altında Dünya’dakinden daha dayanıklı. Deneyler, fiziksel dünya görüşümüzü gözden geçirmeye hizmet ediyor, ancak aynı zamanda örneğin navigasyon (optik saatler, atalet sensörleri) veya dünya gözlemi (yerçekimi alanı ölçümleri) alanlarında uzay uygulamaları için kuantum teknolojilerinin olgunluğunu ilerletmek için önemli bir itici güç.
QUANTUS ve MAIUS deneylerinin başarısıyla uluslararası alanda heyecan uyandıran Alman araştırmacılar CAL’de yer alıyor. Aynı zamanda, CAL’ın halefi olarak 2025/26’dan itibaren ISS’ye getirilecek olan Alman-Amerikan işbirliğinin bir parçası olarak BECCAL deneyi üzerinde çalışmalar yürütülmektedir.
Karmaşık plazmalar ve plazma kristalleri ile yapılan araştırmalara, PK-4 tesisi sona erdikten sonra da devam edilmelidir, çünkü faz geçişleri veya türbülansın teorik tanımı gibi temel fiziksel araştırmalardaki birçok sorunun hala açıklığa kavuşturulması gerekmektedir. COMPACT adlı PK-4’ün halefi şu anda Alman-Amerikan liderliğinde uluslararası bir işbirliği olarak tartışılıyor.
ISS ile ilgili üçüncü bir temel fiziksel araştırma disiplini “laboratuvar astrofiziği” dir. Merkezi bir konu, gezegenlerin oluşumudur: En küçük toz parçacıklarından birbirini yerçekimsel olarak çeken daha büyük malzeme birikimlerine ve son olarak Dünya kurşunu gibi daha büyük cisimlere giden ilk adımlar, bugüne kadar çok belirsiz bir şekilde anlaşılmıştır. Ağırlıksızlıkta toz birikimi dinamiklerinin simüle edildiği LAPLACE gibi deneyler bunu değiştirmeyi amaçlıyor. Alman liderliğindeki uluslararası bir deney olan LAPLACE, 2022 yazından itibaren gezegen oluşumunun sırlarını ortaya çıkaracak.