20 ans de science sur la Station spatiale internationale

Au cours des deux dernières décennies, les astronautes à bord de la Station spatiale internationale (ISS) ont mené des activités scientifiques d'une manière qui ne peut être pratiquée nulle part ailleurs. Orbitant à environ 250 miles au-dessus de la Terre, l'ISS est le seul laboratoire disponible pour la recherche en microgravité de longue durée.

Au cours des 20 dernières années, la station spatiale a soutenu de nombreuses découvertes, innovations scientifiques, opportunités uniques et percées historiques. Cette recherche nous aide non seulement à explorer plus loin dans l'espace, mais profite également à la vie sur Terre.

Voici les avancées scientifiques majeures réalisées au cours de 20 ans de présence humaine sur l'ISS.

Recherche fondamentale sur les maladies

Les maladies d'Alzheimer et de Parkinson, le cancer, l'asthme et les maladies cardiaques - si l'une de ces conditions a eu un impact sur votre vie, la recherche sur la station spatiale vous a également affecté. La recherche en microgravité a fourni de nouvelles connaissances aux scientifiques qui étudient ces maladies. Sans l'interférence de la gravité terrestre, les chercheurs d'Alzheimer ont étudié des grappes de protéines qui peuvent provoquer des maladies neurodégénératives. Les chercheurs sur le cancer ont étudié la croissance des cellules endothéliales qui aident à fournir du sang dans le corps - le sang dont les tumeurs ont besoin pour se former. Les cellules cultivées par ISS se développent mieux que celles sur Terre et peuvent aider à tester de nouveaux traitements contre le cancer. La recherche de l'Agence spatiale européenne a contribué au développement d'outils de diagnostic qui quantifient l'inflammation des voies respiratoires. Des outils qui non seulement aident au diagnostic des vols spatiaux, mais qui ont également des applications sur Terre pour diagnostiquer des conditions similaires telles que l'asthme.

Découverte de flammes froides brûlant régulièrement

Lorsque les scientifiques ont brûlé des gouttelettes de carburant dans l'étude de l'expérience d'extinction de la flamme (FLEX), quelque chose d'inattendu s'est produit. Une gouttelette d'heptane a semblé s'éteindre mais a en fait continué à brûler sans flamme visible. Le feu s'est éteint deux fois - une fois avec et une fois sans flamme visible. C'est la première fois que des scientifiques ont observé de grosses gouttelettes d'heptane qui avaient un double mode de combustion et d'extinction. La deuxième étape a été soutenue par ce que l'on appelle le dégagement de chaleur chimique à flamme froide. Lorsque nous pensons au feu, nous pensons généralement à la chaleur, mais des flammes spéciales créées à bord de l'ISS gardent les choses un peu plus fraîches.

Enlever la gravité des études de combustion permet d'explorer les principes de base des flammes. Des flammes froides ont été produites sur Terre mais elles s'éteignent rapidement. Sur l'ISS, des flammes froides peuvent brûler pendant des minutes, ce qui donne aux scientifiques une meilleure opportunité de les étudier. Les flammes typiques produisent de la suie, du dioxyde de carbone et de l'eau. Les flammes froides produisent du monoxyde de carbone et du formaldéhyde. En savoir plus sur le comportement de ces flammes chimiquement différentes pourrait conduire au développement de véhicules plus efficaces et moins polluants et pourrait fournir une définition et une orientation pour les tests d'extinction d'incendie à grande échelle et la sélection de l'extincteur pour les véhicules d'exploration d'équipage de nouvelle génération.

Nouveaux systèmes de purification d'eau

Le recyclage efficace des eaux usées sur la station spatiale réduit le besoin de fournir de l'eau par le biais de missions de réapprovisionnement. Alors que nous voyageons plus profondément dans l'espace, le réapprovisionnement serait irréalisable, ce qui rendrait ces systèmes une nécessité. Le système de récupération d'eau JEM (JWRS) génère de l'eau potable à partir de l'urine. Dans le passé, sur les engins spatiaux habités, l'urine et les eaux usées étaient collectées et stockées, ou évacuées par-dessus bord. Pour les missions spatiales à long terme, cependant, l'approvisionnement en eau pourrait devenir un facteur limitant.

En outre, de nombreuses personnes dans le monde n'ont pas accès à l'eau potable. Les zones à risque peuvent accéder à des systèmes de filtration et de purification avancés grâce à une technologie développée pour l'ISS. Le système de récupération d'eau de la station purifie et filtre l'eau de la station, récupérant et recyclant 93 % de l'eau utilisée par les astronautes dans l'espace.

Développement de médicaments

Les expériences de croissance de cristaux de protéines menées à bord de l'ISS ont fourni des informations sur de nombreux traitements de maladies, du cancer aux maladies des gencives. Étudier les protéines humaines en les cristallisant nous aide à en savoir plus sur notre corps et les traitements potentiels des maladies. L'un des résultats les plus prometteurs de ces expériences en station provient de l'étude d'une protéine associée à la dystrophie musculaire de Duchenne (DMD), une maladie génétique incurable. Un traitement pour la DMD basé sur cette recherche est en cours d'essais cliniques. Une autre enquête, PCG-5, visait à développer l'anticorps thérapeutique Keytruda ^® sous une forme cristalline plus uniforme. L'objectif était d'améliorer le médicament afin qu'il puisse être administré par injection plutôt que par voie intraveineuse.

Lutter contre l'atrophie musculaire et la perte osseuse

Les études spatiales ont grandement contribué à nos connaissances sur la perte osseuse et musculaire chez les astronautes - et sur la manière d'atténuer ces effets. Les connaissances acquises s'appliquent également aux personnes sur Terre aux prises avec des maladies telles que l'ostéoporose. L'effet de la microgravité sur les os et les muscles offre des opportunités uniques pour la recherche. Les scientifiques ont mis au point une routine d'exercices et un régime alimentaire qui réduisent considérablement la perte osseuse et musculaire que les astronautes subiraient autrement pendant leur séjour à la station.

Comprendre comment atténuer les effets de la microgravité sur les os et les muscles est important pour l'exploration future dans les environnements de gravité partielle de la Lune et de Mars. Sur Terre, l'atrophie osseuse et musculaire résulte du vieillissement normal, des modes de vie sédentaires et des maladies. L'étude de ces pertes en microgravité peut nous aider à mieux les comprendre et potentiellement créer des traitements pour les personnes de retour sur Terre.

Comprendre comment le corps change en microgravité

Lorsque les humains se dirigent vers Mars, nous devons savoir à quels défis nous sommes confrontés. Des séjours de longue durée à bord de la station spatiale ont révélé des façons inattendues dont le corps humain change en microgravité. Certains astronautes, par exemple, ont développé de manière inattendue des changements de vision, maintenant connus sous le nom de syndrome neuro-oculaire associé aux vols spatiaux (SANS). Après avoir aidé à découvrir le problème, la recherche sur la station spatiale a servi de plate-forme pour mieux comprendre le SANS.

L'étude Twins de la NASA a comparé l'astronaute Scott Kelly au cours de son année dans l'espace avec son frère jumeau lié à la Terre, Mark Kelly. Il a fourni des informations sur les nombreuses façons dont les vols spatiaux à long terme affectent le corps humain. Les résultats ont montré que l'expression génétique de Scott avait changé et que son corps réagissait de manière appropriée aux vaccins dans l'espace.

Culturer des aliments en microgravité

La capacité de cultiver des aliments supplémentaires peut aider les humains à explorer plus loin de la Terre. De nombreuses techniques de culture de plantes ont été explorées à bord de la station spatiale pour préparer ces missions. Le 10 août 2015, les astronautes ont goûté leur première salade cultivée dans l'espace et les astronautes cultivent maintenant des radis dans l'espace. Huit types de légumes-feuilles ont été cultivés dans l'installation Veggie pour que les astronautes puissent les manger, en affinant les meilleures techniques.

De nouvelles solutions d'arrosage, d'éclairage et de culture des plantes doivent être testées pour créer une culture vivrière en microgravité. L'ISS a servi de plate-forme pour effectuer ces tests et pour vérifier quelles conditions permettent aux plantes de pousser le plus efficacement.

Impression 3D en microgravité

Le premier objet a été imprimé en 3D sur l'ISS en 2014. Développée par Made in Space, l'imprimante a produit des dizaines de pièces que les chercheurs ont analysées et comparées à celles fabriquées au sol. L'analyse a révélé que la microgravité n'avait aucun effet significatif sur le processus, démontrant qu'une imprimante 3D fonctionne normalement dans l'espace. Des expériences ultérieures ont utilisé du plastique recyclé pour imprimer des objets. L'installation de biofabrication a fait de petits pas vers l'impression d'organes et de tissus humains en microgravité, en utilisant des couches ultrafines de bioencre.

Tester des imprimantes sur l'ISS ouvre la voie à de futures missions spatiales plus indépendantes de la Terre. Les objets nécessaires pourraient être imprimés en 3D plutôt que d'être envoyés depuis la Terre et transportés pendant tout le voyage. L'utilisation de matériaux recyclés pour l'impression pourrait utiliser du matériel qui, autrement, occuperait un espace de rangement limité lors de missions de longue durée.

Répondre aux catastrophes naturelles

Avec l'imagerie de la caméra portative de l'équipage comme élément central, la station est devenue un participant actif à la collecte de données orbitales pour soutenir les activités d'intervention en cas de catastrophe aux États-Unis et à l'étranger. Les astronautes prennent des images de catastrophes telles que des tempêtes et des incendies tout au long de leur progression, documentant la couverture nuageuse, les inondations et les modifications du territoire. Le capteur d'imagerie de la foudre monté sur l'ISS détecte également la distribution et la variabilité de la foudre afin d'améliorer les prévisions de temps violent. Ces données permettent des réponses plus éclairées aux catastrophes d'un point de vue qui ne peut pas être obtenu sur Terre.

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