Cách Nhân Loại Đã Sử Dụng 20 Năm Đầu Tiên Trên Quỹ Đạo Cùng ISS

Khi Robyn Gatens được tuyển dụng bởi NASA vào năm 1985, cơ quan vừa công bố kế hoạch cho một trạm vũ trụ mang tên Freedom, và cô kỹ sư hóa học trẻ đã được chọn để giúp giải quyết một trong những thách thức công nghệ lớn nhất của nó. Các kỹ sư của NASA đã có nhiều kinh nghiệm để duy trì sự sống của những phi hành gia trong không gian trong vài ngày hoặc vài tuần, nhưng trạm vũ trụ mới được thiết kế để được cư trú vĩnh viễn. Điều đó có nghĩa là phải thiết kế các hệ thống hỗ trợ sự sống có thể cung cấp cho phi hành đoàn không khí hít thở và nước uống trong nhiều năm liền. Đó là một vấn đề đáng sợ, và việc giải quyết nó phụ thuộc vào Gatens và đồng nghiệp của cô.

Trong vài năm tiếp theo, Gatens và nhóm của cô tiến hành các thí nghiệm về các khái niệm hỗ trợ sự sống khác nhau và cố gắng duy trì với sự thay đổi thiết kế liên tục cho trạm vũ trụ. Đến năm 1993, các kỹ sư của NASA đã tiêu hao hàng tỷ đô la vào các nghiên cứu kỹ thuật, và trạm vũ trụ đã trải qua bảy lần thiết kế lại lớn. Năm đó, toàn bộ chương trình tránh được hủy bỏ tại Quốc hội chỉ với một phiếu bỏ phiếu. Hệ thống hỗ trợ sự sống mà Gatens đã dành gần một thập kỷ làm việc sẽ không bao giờ được sử dụng cho Freedom. Nhưng nó sẽ tìm thấy sự sống mới trên Trạm Vũ trụ Quốc tế, đề xuất của chính quyền Clinton đã cứu chương trình bằng cách chia sẻ chi phí giữa hơn mười hai quốc gia.

“Đó là một chương trình hứng thú để làm việc, qua những giai đoạn đầu đầy sóng gió để nhìn thấy nó hoàn thành và nghiên cứu bắt đầu đem lại kết quả,” Gatens, người hiện đang là giám đốc điều hành tạm thời của Trạm Vũ trụ Quốc tế, nói. “Và chúng tôi tiếp tục mở rộng khả năng của nó, không chỉ cho việc sử dụng thương mại mà còn cho việc khám phá. Đó là một chương trình tuyệt vời.”

“Chúng ta có mô hình hợp tác công tư tuyệt vời trên trạm này mà phù hợp với các tổ chức ngoài NASA đang thực hiện các hoạt động trong trạng thái trọng lực siêu nhỏ có thể không liên quan đến khám phá vũ trụ,” Ken Shields, giám đốc điều hành của Viện Laboratoay Quốc gia ISS nói. “Trong việc phát triển những mối hợp tác này, chúng ta hiện có các công ty có khả năng nhanh chóng tiến hành nghiên cứu và phát triển công nghệ trên trạm và áp dụng kết quả.”

Viện Laboratoay Quốc gia ISS xử lý các thí nghiệm cả về khoa học cơ bản và ứng dụng. Trên hàng trăm yêu cầu nhận được mỗi năm, viện chỉ có thể mang đến vài chục hàng hóa nghiên cứu thuộc vài lĩnh vực quan tâm rộng, như cảm biến từ xa hoặc khoa học về sự sống. Trong khi một viện laboratoay quốc gia trên trái đất như Lawrence Livermore hoặc Argonne có thể có hàng ngàn nhân viên, Viện Laboratoay Quốc gia ISS chỉ có vài nhân viên phi hành gia của NASA. “Chúng ta phụ thuộc rất nhiều vào phi hành gia để thực hiện các thí nghiệm,” Michael Roberts, nhà khoa học trưởng điều hành của Viện Laboratoay Quốc gia ISS nói. Ông nói rằng thời gian giới hạn của các phi hành gia, họ cũng phải thực hiện các thí nghiệm của NASA và chăm sóc trạm, tạo ra nhiều thách thức độc đáo mà các viện laboratoay quốc gia khác không phải đối mặt. Việc đưa các thí nghiệm vào tay họ cũng đầy khó khăn về mặt logistic. “Đây không phải là một việc dễ dàng để thực hiện một thí nghiệm, đóng gói nó, đặt trên tàu vũ trụ, phóng nó đến một điểm đến xa, chuyển giao nó, kích hoạt nó, tắt nó, thu thập và gửi lại,” Roberts nói.

Một hàng hóa khoa học hoặc công nghệ trên ISS có thể liên quan đến bất cứ điều gì từ việc tạo bóng lửa đến việc trồng mạch lúa cho bia, nhưng các quản trị viên NASA đã chỉ ra một vài lĩnh vực cốt lõi mà họ cho là tiềm năng nhất để nghiên cứu và phát triển trong quỹ đạo thấp trái đất. Sản xuất trong trạng thái trọng lực siêu nhỏ, ví dụ, có lợi thế trong việc sản xuất các vật liệu kỳ lạ như một loại thủy tinh mong manh có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của cáp dưới biển. Nhưng có lẽ ứng dụng thú vị nhất là trong lĩnh vực y khoa; thí nghiệm với các cơ quan trên một vi mô có thể cuối cùng loại bỏ thử nghiệm trên động vật và tăng tốc phát hiện thuốc. Môi trường siêu nhỏ có thể được khai thác để trồng mô hình tế bào-tế bào 3D, gọi là các cơ quan giả, sẽ hữu ích trong việc nghiên cứu nhiều loại bệnh của con người.

Năm ngoái, Valentina Fossati, một nhà nghiên cứu tại New York Stem Cell Foundation, đã gửi một vài cơ quan giả lên ISS để nghiên cứu cơ chế tế bào chủ chốt trong bệnh Parkinson và viêm mút nhiều cầu ở trạng thái trọng lực siêu nhỏ. Fossati đặc biệt quan tâm đến vai trò của microglia, các tế bào hệ thống thần kinh tham gia vào quá trình viêm dây thần kinh, trong các bệnh này. Microglia rất nhạy cảm với môi trường của chúng, vì vậy việc nghiên cứu cách chúng hoạt động trong môi trường không trọng lực là cực kỳ quan trọng để hiểu rõ hơn về vai trò của chúng trong các bệnh thoái hóa thần kinh. “Điều này thực sự liên quan đến việc mô hình hóa bệnh và cố gắng hiểu xem điều gì đang xảy ra trong não,” Fossati nói. “Những gì tôi đang cố tạo ra trong một đĩa là cách các tế bào thần kinh chết. Việc không có trọng lực rất có thể thay đổi điều gì xảy ra giữa các tế bào.” Mặc dù nghiên cứu của Fossati cuối cùng là về việc điều trị người trên Trái Đất, nó cũng có thể giúp cải thiện sức khỏe của phi hành gia bằng cách tiết lộ cách mà việc lưu trú lâu dài trong trạng thái trọng lực siêu nhỏ ảnh hưởng đến tế bào não của chúng ta.

Ngoài việc giúp đỡ con người trở lại Trái Đất, ISS cũng đã chứng minh là một phòng thí nghiệm quý báu để nghiên cứu về tác động của môi trường vũ trụ đối với cơ thể. Việc lưu trú kéo dài trong trạng thái trọng lực siêu nhỏ có thể gây hậu quả nghiêm trọng cho xương và cơ bắp, và có những rủi ro liên quan đến việc tiếp xúc lâu dài với môi trường bức xạ cao của không gian sâu. Nếu không có ISS, các nhà nghiên cứu sẽ không thể nghiên cứu các vấn đề này, điều quan trọng để đảm bảo an toàn cho phi hành gia khi họ liều mình trở lại mặt trăng và cuối cùng là đi đến Sao Hỏa.

“Tôi đã tham gia vào hệ thống hỗ trợ sự sống suốt cả sự nghiệp của mình, và ISS là một nơi thử nghiệm quan trọng cho điều đó,” Gatens chia sẻ. Ví dụ, trong một chuyến phiêu lưu đến Sao Hỏa, NASA sẽ phải gửi các bộ phận dự phòng của các thành phần quan trọng cùng với phi hành đoàn để đảm bảo an toàn ngay cả khi một bộ phận bị hỏng. Nhưng nếu không có một nơi thử nghiệm để nghiên cứu tỷ lệ hỏng hóc của những thành phần này, cơ quan này có thể đã chiếm đi không gian vận tải quý báu và lãng phí ngân sách của chuyến bay bằng cách bay thêm nhiều bộ phận dự phòng không cần thiết vì sự cẩn trọng quá mức. “Nếu chúng ta đã cố gắng thực hiện một chuyến bay đến Sao Hỏa ngay từ khi chúng ta bay lần đầu tiên đến ISS, chúng ta đã phải đối mặt với rất nhiều không chắc chắn về các hỏng hóc,” Gatens nói. “Nhờ vào kinh nghiệm mà chúng ta đã có được trên ISS, chúng ta đã giảm số lượng bộ phận dự phòng cần thiết để thực hiện thành công một chuyến bay đến Sao Hỏa điều này lên đến vài lần.”

Gatens cho biết ISS cũng đóng vai trò quan trọng trong việc kích thích sự quan tâm đến quỹ đạo thấp của các công ty tư nhân. Năm ngoái, NASA đã đến sàn giao dịch chứng khoán Nasdaq để tuyên bố ISS “mở cửa cho kinh doanh”, và việc tập trung vào việc thúc đẩy các dự án thương mại trong phòng thí nghiệm bắt đầu đem lại kết quả. NASA đã dựa vào các công ty tư nhân như Nanoracks để phát triển và vận hành thiết bị cho hàng hóa khoa học trong nhiều năm, nhưng bắt đầu thu hút khách hàng mà doanh nghiệp chính của họ hoàn toàn không liên quan đến không gian. Ví dụ, đầu năm nay, các nhà điều hành của công ty mỹ phẩm Estee Lauder đã ký hợp đồng với NASA để tổ chức một buổi chụp ảnh trên trạm cho quảng cáo kem dưỡng da. Năm sau, Axiom Space, đơn vị đang phát triển trạm vũ trụ thương mại đầu tiên trên thế giới, sẽ đưa Tom Cruise và ba phi hành gia tư nhân khác lên trạm để quay một bộ phim.

ISS đã vòng quanh Trái Đất trong thời gian dài đến mức có thể dễ dàng coi thường thử nghiệm đáng chú ý này về công nghệ và hợp tác quốc tế. Hơn một phần tư dân số thế giới chưa từng biết đến thời kỳ không có con người ở không gian. Ngay cả khi không có tất cả các tiến bộ trong khoa học, công nghệ và y học mà nó đã làm cho điều này trở nên có thể, điều đó một mình đã là một thành tựu đáng kinh ngạc. Trạm vũ trụ có lẽ sẽ không còn tồn tại trong 20 năm nữa - và nó không phải là ý định ban đầu. Nó luôn được tưởng tượng là một bước đệm trong việc khám phá các thế giới khác. Thứ Hai sẽ đánh dấu 20 năm kể từ khi phi hành gia mở cửa lối vào của nó lần đầu tiên. Nhưng cuộc phiêu lưu chỉ mới bắt đầu.

Các Bài Viết Tuyệt Vời Khác Từ Mytour

• 📩 Muốn nhận thông tin mới nhất về công nghệ, khoa học, và nhiều hơn nữa? Đăng ký nhận bản tin của chúng tôi ngay bây giờ!
• Prevagen kiếm triệu đô la—trong khi Cơ quan FDA đặt câu hỏi về an toàn của nó
• Người đàn ông nói nhẹ nhàng—và điều hành một đội quân cyber lớn
• Tại sao mọi người đều đang xây dựng xe tải chạy điện?
• Ở những công viên rừng, chúng ta học được gì về trẻ con và vi khuẩn
• 5 cài đặt đồ họa đáng điều chỉnh trong mọi trò chơi PC
• 🎮 Mytour Games: Cập nhật thông tin, đánh giá, và nhiều hơn nữa
• 🏃🏽‍♀️ Muốn có những công cụ tốt nhất để duy trì sức khỏe? Hãy xem xét các lựa chọn của đội ngũ Gear của chúng tôi cho các bộ theo dõi sức khỏe, đồ dùng chạy bộ (bao gồm giày và tất), và tai nghe tốt nhất