El propósito de la Estación Espacial Internacional es proporcionar un laboratorio internacional para realizar experimentos en el entorno espacial. Para muchos de esos experimentos, el parámetro clave es la ingravidez prolongada. Si bien tenemos una instalación de torres de cámara de vacío en Goddard en la que se pueden realizar experimentos de ingravidez muy breves durante los pocos segundos que tarda el experimento en caer desde la parte superior de la torre hasta la parte inferior y tenemos aviones que pueden simular la ingravidez durante unos 25 segundos. No tengo conocimiento de ningún laboratorio que pueda simular la ingravidez durante períodos prolongados. Por prolongado me refiero al orden de un mes o más.
Por ejemplo, estamos lanzando un experimento pronto que incluirá cristales congelados. Una vez a bordo, esos cristales se sacarán del congelador y se descongelarán y se dejarán crecer durante aproximadamente 26 días, momento en el que se fotografiarán, se embalarán y se devolverán al suelo a los investigadores de la carga útil. No tengo conocimiento de ninguna capacidad para realizar un experimento de este tipo sobre el terreno.
Los experimentos de ISS se pueden dividir en dos categorías principales:
1) Experimentos que utilizan el entorno espacial para eliminar variables (como la gravedad) para permitir que los investigadores se centren en las variables que están enmascaradas o impedidas por la variable que se eliminará.
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2) Experimentos que específicamente desean estudiar el efecto de una variable introducida por el entorno espacial (como la ingravidez o la radiación cósmica).
Los experimentos como el experimento de crecimiento de cristales o el experimento con hormigas encajan en la categoría 1. Otros ejemplos incluyen los experimentos con plantas que mencioné en esta respuesta (¿Cómo crecen las plantas en la EEI?). La gravedad es una influencia tan dominante en el crecimiento de las plantas que es muy difícil estudiar los otros factores. Se hace mucho más fácil a bordo de la ISS.
Muchos de los experimentos para la categoría 2 son aquellos que están diseñados para ayudarnos a aprender sobre vivir en el espacio. Estos son obviamente de gran importancia para la NASA. Cualquiera que sea nuestra futura misión (un regreso a la luna, el envío de personas a un asteroide o una misión tripulada a Marte), hay muchas lecciones que debemos aprender que realmente no podemos aprender sobre el terreno. Tener personas en ingravidez durante un promedio de seis meses (pronto será un año completo para un par de miembros de la tripulación) revela cosas que simplemente no podemos aprender sobre el terreno: pérdida ósea, cambios hormonales y otros cambios fisiológicos e incluso cambios psicológicos.
Durante aproximadamente trece años hemos tenido la habitación continua de la ISS. Hemos estudiado a cada equipo y hemos hecho ajustes a los protocolos para los equipos sucesivos. A través de esto, hemos aprendido cosas que serán fundamentales para posteriores misiones de larga duración y esperamos que también sean beneficiosas en el terreno. Por ejemplo, en 2012 se publicó un artículo en el Journal of Bone and Mineral Research titulado Benefits for Bone From Resistencia, ejercicio y nutrición en vuelos espaciales de larga duración: Evidencia de la bioquímica y la densitometría . Ese documento revela que ahora sabemos cómo mantener los huesos en la mayoría de las regiones del cuerpo durante las misiones de 6 meses. El documento predice que estas lecciones también cambiarán los protocolos para el tratamiento de la osteoporosis en el terreno.
Otro experimento importante se llama InSPACE (Investigación de la estructura de agregados paramagnéticos a partir de emulsiones coloidales). Este experimento examinó los fluidos magnetorreológicos. Estos son fluidos que cambian su viscosidad en un campo eléctrico. Esto podría ser de gran importancia en el desarrollo de la nanotecnología. Es muy difícil estudiar estos fluidos en la Tierra porque en la gravedad las nanopartículas se asientan rápidamente. A bordo de la EEI, el entorno sin peso ralentiza el movimiento de estas partículas, lo que permite a los investigadores observar sus propiedades e interacciones. Durante uno de estos experimentos se observó un fenómeno pulsante que nunca se había observado en la Tierra. La información obtenida de este experimento puede llevar a nuevos materiales nano.
A veces, los experimentos comienzan en una categoría y luego migran sorprendentemente a la otra categoría a medida que aprendemos de ellos. Por ejemplo, estudios en la Universidad Estatal de Arizona indicaron que las bacterias pueden volverse más virulentas en el espacio. Esto sería motivo de preocupación para la NASA si algo como la intoxicación alimentaria por salmonela fuera más peligroso para los astronautas. Entonces, se comenzó un estudio para determinar si esto era cierto. El experimento reveló que las bacterias se hicieron más peligrosas en el espacio y revelaron los cambios genéticos específicos y su relación con los iones dentro de los medios de crecimiento. Un experimento de seguimiento involucró a los medios sin esos iones. Estos experimentos pueden llevar a una mayor capacidad de los científicos en el terreno para controlar la virulencia de una bacteria.
A veces, algo es posible en el terreno, pero es tan difícil que, a menos que haya evidencia de que valdrá la pena, simplemente no se hará. El experimento MPS (Sistema de Procesamiento Electrostático de Microencapsulación) ilustra esto. La idea detrás de MEPS es que una solución que contenga micro globos que contenían un medicamento de quimioterapia podría permitir a los médicos atacar mejor los tumores y no los tejidos sanos. Pero construir estos micro globos en un entorno de gravedad fue premonitorio. Entonces, lo probaron en la ISS. Funcionó. Pudieron producir micro globos que tenían las propiedades que querían e hicieron lo que querían que hicieran. El estudio cuidadoso del éxito basado en el espacio ayudó a los investigadores a descubrir cómo hacerlo en el terreno. Ahora hay esfuerzos para comenzar los ensayos clínicos que usan medicamentos encapsulados en estos globos para atacar los cánceres de mama y próstata.
Estos son solo una pequeña muestra de los experimentos importantes realizados a bordo de la ISS que no se pudieron realizar en los breves períodos de ingravidez que podemos simular en la Tierra.