25 лет исследований технологий космических станций

НАСА и его партнеры поддерживают людей, постоянно живущих и работающих в космосе с ноября 2000 года. После 25 лет существования Международная космическая станция продолжает оставаться испытательным полигоном для технологий, которые лежат в основе космических исследований НАСА. Артемида кампания, будущие лунные миссии и исследование Марса человеком.

Взгляните на ключевые технологические достижения, ставшие возможными благодаря исследованиям на борту орбитальной лаборатории.

Роботы сыграли решающую роль в успехе космической станции. Начиная с построенного в Канаде корабля Canadarm2, который собрал большую часть орбитальной лаборатории и продолжает поддерживать текущие операции, особенно во время выходов в открытый космос, роботизированная технология на станции развилась и включает в себя свободно летающие помощники и роботы-гуманоиды которые расширили возможности экипажа и открыли новые пути для исследований.

Первые роботы-помощники станции прибыли в 2003 году. Роботы СФЕРЫ – сокращение от «Синхронизированное удержание позиции, включение, переориентация, экспериментальный спутник» – служили на станции более десяти лет, обеспечивая мониторинг окружающей среды, сбор и передачу данных, а также испытания материалов в условиях микрогравитации.

Последующая свободно летающая роботизированная система НАСА, Астробиоснованный на уроках, извлеченных из СФЕРЫ. Трое астроби, которых ласково называют Хани, Королева и Бамбл, работают автономно или с помощью дистанционного управления астронавтов, диспетчеров полета или исследователей на земле. Они предназначены для выполнения таких задач, как инвентаризация, документирование экспериментов, проводимых астронавтами, или перемещение грузов по станции, и их можно оборудовать и запрограммировать для проведения экспериментов.

НАСА и партнеры также провели испытания ловкие роботы-гуманоиды на борту космической станции. «Робонавт-1» и его более совершенный преемник, «Робонавт-2», были разработаны для использования тех же инструментов, что и люди, поэтому они могли безопасно работать с экипажем и потенциально могли брать на себя рутинные задачи и действия с высоким риском.

Передовые роботизированные технологии сыграют значительную роль в миссии НАСА по возвращению на Луну и продолжению пути на Марс и за его пределы. Роботы, такие как Astrobee и Robonaut 2, способны охранять будущие космические корабли, выполнять миссии-предшественники в новые пункты назначения и поддерживать безопасность экипажа, выполняя опасные задачи.

Жизнь и работа в космосе на протяжении более двух десятилетий требуют технологий, позволяющих максимально эффективно использовать ограниченные ресурсы. Системы жизнеобеспечения космической станции перерабатывать воздух и воду сохранить здоровье астронавтов и уменьшить потребность в пополнении запасов с Земли.

Система экологического контроля и жизнеобеспечения станции (ЭКЛСС) удаляет углекислый газ из воздуха, снабжает кислородом для дыхания и перерабатывает сточные воды, превращая вчерашний кофе в кофе завтрашний. Он построен на трех ключевых компонентах: системе рекуперации воды, системе оживления воздуха и системе генерации кислорода. Водоочиститель очищает сточные воды из мочи членов экипажа, влажности в кабине и систем гидратации внутри скафандров для выходов в открытый космос, превращая их в чистую питьевую воду.

Система оживления воздуха фильтрует углекислый газ и микропримеси из атмосферы кабины, обеспечивая безопасность воздуха для дыхания. Система генерации кислорода использует электролиз для разделения воды на водород и кислород, обеспечивая постоянную подачу воздуха, пригодного для дыхания. Сегодня эти системы может восстановить около 98% воды, доставленной на станциюжизненно важный шаг к выполнению долгосрочных миссий, где пополнение запасов будет невозможно.

Уроки, полученные на борту космической станции, помогут сохранить здоровье экипажей «Артемиды» на Луне и сформировать замкнутые системы, необходимые для будущих экспедиций на Марс.

Аддитивное производство, также известное как 3D-печать, регулярно используется на Земле для быстрого производства самых разных устройств. Адаптация этого процесса для космоса может позволить членам экипажа создавать инструменты и детали для технического обслуживания и ремонта по мере необходимости, а также экономить ценное грузовое пространство.

Исследования на борту орбитальной лаборатории помогая развивать эту способность.

первый 3D-принтер космической станции был установлен в ноябре 2014 года. Это устройство произвело более десятка пластиковых инструментов и деталей, продемонстрировав, что этот процесс может работать на низкой околоземной орбите. Последующие устройства тестировали различные конструкции и функциональные возможности принтеров, включая производство деталей из переработанных материалов и имитацию лунного реголита. В августе 2024 года устройство, предоставленное ЕКА, произвело первый металлический продукт, напечатанный на 3D-принтере.

На космической станции также проводились исследования формы 3D-печати, называемой биологической печатью или биопечать. Этот процесс использует живые клетки, белки и питательные вещества в качестве сырья для потенциального производства тканей человека для лечения травм и болезней. На данный момент на борту аппарата напечатаны мениск коленного сустава и живая ткань человеческого сердца.

Возможность производить вещи в космосе особенно важна при планировании будущих миссий на Луну и Марс, поскольку дополнительные поставки не могут быть быстро отправлены с Земли, а грузовые возможности ограничены.

Пока космическая станция вращается вокруг Земли, ее четыре пары солнечных батарей поглощают солнечную энергию, обеспечивая электроэнергией многочисленные исследования и научные исследования проводимые каждый день, а также продолжающаяся работа орбитальной лаборатории.

Помимо использования энергии Солнца для своих операций, космическая станция предоставила платформу для инновационных исследований в области солнечной энергии. По крайней мере, два десятка исследований проверили передовую технологию солнечных батарей, оценивая производительность ячеек на орбите и отслеживая деградацию, вызванную воздействием экстремальных условий космоса. Эти исследования продемонстрировали технологии, которые могли бы обеспечить более легкую, менее дорогую и более эффективную солнечную энергию, которая могла бы улучшить конструкцию будущих космических кораблей и поддержать устойчивое производство энергии на Земле.

Одно расследование – Выкатная солнечная батарея – уже привело к улучшениям на борту космической станции. Успешное испытание нового типа солнечной панели, которая раскладывается, как подарок для вечеринки, и является более компактной, чем нынешние конструкции жестких панелей, послужило основой для разработки выкатных солнечных батарей для МКС (iROSA). установлено шесть iROSA во время серии выходов в открытый космос в период с 2021 по 2023 год и обеспечил увеличение мощности космической станции на 20–30%.

В течение 25 лет орбитальный аванпост служил глобальной обучающей платформой, продвигая STEM-образование и соединяя людей на Земле с жизнью в космосе. Каждый эксперимент, нисходящая линия связи в полетеа разработанная студентами полезная нагрузка помогает студентам увидеть науку в действии и поделиться стремлением человечества к открытиям.

Первая и самая продолжительная образовательная программа на космической станции. Радиолюбительская станция МКСизвестное как любительское радио на Международной космической станции (ARISS), где студенты могут задавать вопросы непосредственно членам экипажа на борту космической станции. С 2000 года ARISS объединила более 100 астронавтов с более чем 1 миллионом студентов в 49 штатах США, 63 странах и на всех континентах.

Через Учитесь вместе с НАСАСтуденты и преподаватели могут изучить практические занятия и эксперименты под руководством астронавтов, которые демонстрируют, как физика, биология и химия развиваются в условиях микрогравитации.

Студенты со всего мира также принимают участие в исследованиях, вдохновленных космической станцией. Такие программы, как «Гены в космосе» и «Кубики в космосе», позволяют учащимся разрабатывать эксперименты на орбите, а также проводить соревнования по программированию и робототехнике, такие как Вызов программ роботов позволяет студентам программировать свободно летающих роботов Astrobee на борту орбитальной лаборатории.

Пока НАСА готовится к миссии «Артемида» на Луну, космическая станция продолжает вызывать любопытство и вдохновлять следующее поколение исследователей.