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3D打印、模拟星尘等实验设备即将进入太空微重力环境

| 2020-12-18

  国际空间站迎来新“房客”

  3D打印、模拟星尘等实验设备即将进入太空微重力环境

  集成式3D打印机和回收机

  EXCISS实验使用的装有粉尘的样本仓 图片来源:法兰克福大学

  生长蛋白质晶体实验 图片来源:NASA

  今日视点

  太空中独一无二的微重力环境是科学家们趋之若鹜的实验宝地,例如在微重力环境下运行高性能冷原子钟、进行胚胎干细胞培养、研究晶体生长等,都是在地球上难以完成的任务。

  11月中旬,诺斯洛普—格鲁门—天鹅座再补给10号航班(CRS-10)将前往国际空间站。该飞船上搭载的货物除了数吨宇航员的补给外,还有不少科学实验设备。据美国国家航空航天局(NASA)官网近日报道,这些实验的范围囊括3D打印和回收、模拟从星尘中创造天体等,它们只是目前在国际空间站进行的数百项调查中的一小部分,尽管领域不同,但其终极目的都是为了人类的福祉。

  3D打印和回收

  Refabricator 3D打印机是首台出现在国际空间站的集成式3D打印机和回收机,它能将废塑料物质回收制成高质量的3D打印长丝,使在长时间太空任务中实现可持续的制造、维修和回收成为可能。

  这款设备有望为深空探索节省大量成本。回收能力让宇航员不必携带更多物资,要知道目前将一磅货物送到太空就要花费一万美元,省钱的同时还能腾出更多空间。该技术目前面临的挑战包括质量控制和原料的一致性等。

  这项实验由NASA技术示范办公室资助,是该办公室“在太空制造”(ISM)技术发展路线图中的关键一环。

  微重力感觉输入

  微重力条件下感觉输入的变化可能会被错误解读,导致人在估计速度、距离或方位时出错。“相对运动错觉”(VECTION)实验对这种情况、人们是否能适应长期任务中不断改变的感觉输入以及这种适应在返回地球后如何变化等进行了研究。

  进行实验时,宇航员将使用虚拟现实显示器,来估计与某个物体之间的距离、物体的长度以及物体在空间中的方位。测试将在宇航员飞行前、飞行中和飞行后进行。根据首席研究员劳伦斯·哈里斯的说法,这项研究的名字来源于一种自我运动的视觉错觉——相对运动错觉。当一个人静止不动但看到周遭的世界正在运动时会出现这种情况。加拿大航天局(CSA)对这一研究提供了资助。

  让水泥在太空中凝固

  MVP-Cell 05实验使用离心机提供可变的重力环境,来研究水泥固化的复杂过程,这是最终在地球之外的天体上制造和使用混凝土的一个步骤。

  这些测试是先前所谓“水泥固化微重力研究”(MICS)的后续,MICS研究了水泥在微重力下的固化过程。这些研究将帮助工程师更好地了解水泥的微观结构和材料特性,从而设计出更安全、更轻便的太空栖息地,并改善地球上的水泥加工技术。该调查由NASA资助。

  模拟星尘

  在宇宙形成阶段,源于恒星过程的尘埃会聚集成中等大小的粒子,并最终成为行星、卫星和其他天体。但这些过程还存在诸多未解之谜。EXCISS实验将通过模拟太阳系形成早期出现的高能量、低重力条件来寻求答案。科学家计划用电流攻击特殊配方的粉尘,然后研究形成颗粒的形状和质地。

  首席研究员塔玛拉·科赫解释说,这些粉尘由镁橄榄石(Mg2SiO4)颗粒组成,这些颗粒的直径与人类的头发丝相当。镁橄榄石是许多陨石中的主要矿物,也被称为宝石橄榄石。国际空间站国家实验室为EXCISS实验提供了资助。

  研究晶体生长以对付帕金森病

  CASIS PCG-16实验将研究在微重力下生长一种重要蛋白质——富含亮氨酸的重复激酶2(LRRK2)的大晶体,用于回地球分析。这种蛋白质与帕金森病的恶化有关,而且,对其形状和形态进行深入研究并最终确定,可以帮助科学家更好地了解这一疾病的病理学并开发更好的疗法。在重力作用下生长的LRRK2晶体太小而且太紧凑无法研究,这使微重力成为本研究的重要组成部分。

  更好的气体分离膜

  膜是从废气中分离和清除二氧化碳从而减少温室气体排放最节能和最具成本效益的技术之一。CEMSICA实验将测试由硅酸钙(C-S)颗粒制成的膜,这些颗粒的孔径仅100纳米或更小。

  在微重力环境下制造这些膜,可以解决在地球上制造它们面临的一些挑战,并使科学家能用更少的能量,研发出成本更低且更耐用的膜。(记者 刘 霞)

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