Po prawie sześciu miesiącach spędzonych na orbicie, na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS), czworo astronautów z misji NASA i SpaceX Crew-10 bezpiecznie powróciło na Ziemię. Ich lądowanie na Oceanie Spokojnym, u wybrzeży Kalifornii, w połowie sierpnia 2025 roku, oznaczało pomyślne zakończenie długotrwałej ekspedycji naukowej, która obejmowała dziesiątki badań sponsorowanych przez Narodowe Laboratorium ISS. Ta misja, trwająca prawie pół roku, przyniosła znaczący postęp w różnych dyscyplinach naukowych, obiecując rewolucyjne zastosowania na Ziemi i otwierając nowe horyzonty dla przyszłych przedsięwzięć kosmicznych.

Astronauci NASA Anne McClain i Nichole Ayers, astronauta Japońskiej Agencji Eksploracji Aerokosmicznej (JAXA) Takuya Onishi oraz kosmonauta Roskosmosu Kirill Peskov odegrali kluczową rolę w rozwoju nauki w kosmosie. Ich oddana praca obejmowała szeroki zakres dziedzin, w tym badania biomedyczne, fizykę i materiałoznawstwo, demonstracje nowych technologii oraz eksperymenty zaprojektowane przez studentów. Poprzez swoje działania pomogli przesunąć granice odkryć na niskiej orbicie okołoziemskiej (LEO), w celu poprawy życia na Ziemi i wspierania zrównoważonej i prężnej gospodarki kosmicznej. Międzynarodowa współpraca na ISS, która gromadzi ekspertów z różnych krajów, okazała się nieocenionym modelem rozwiązywania globalnych wyzwań i stymulowania innowacji.

Innowacyjne Nanomateriały dla Medycyny: Bazy Janusa w Mikrograwitacji

Jeden z najbardziej obiecujących projektów, nad którym pracowała załoga, pochodzi z Uniwersytetu Connecticut i firmy Eascra Biotech, we współpracy z Axiom Space. Celem tego badania jest wykorzystanie warunków mikrograwitacji do ulepszenia produkcji nanomateriałów na bazie Janusa. Te unikalne materiały, nazwane na cześć rzymskiego boga Janusa o dwóch twarzach, posiadają asymetryczną strukturę z dwiema różnymi powierzchniami, co pozwala im jednocześnie pełnić różne funkcje. Na Ziemi ich produkcja jest często utrudniona przez siły grawitacyjne, które wpływają na samoorganizację i tworzenie defektów. W mikrograwitacji, gdzie wpływy grawitacyjne są minimalne, oczekuje się bardziej precyzyjnej i kontrolowanej syntezy tych nanomateriałów, co mogłoby doprowadzić do stworzenia materiałów o ulepszonych właściwościach i większej czystości.

Potencjalne zastosowanie nanomateriałów na bazie Janusa jest niezwykle szerokie, ze szczególnym uwzględnieniem leczenia chorób takich jak choroba zwyrodnieniowa stawów i rak. W kontekście choroby zwyrodnieniowej stawów, te nanomateriały mogłyby być wykorzystywane do celowanego dostarczania leków bezpośrednio do uszkodzonych stawów, stymulując regenerację chrząstki i zmniejszając stan zapalny. W leczeniu raka, cząstki Janusa mogłyby być zaprojektowane do precyzyjnego rozpoznawania i niszczenia komórek nowotworowych, minimalizując jednocześnie uszkodzenia zdrowych tkanek. Ich zdolność do jednoczesnego przenoszenia różnych cząsteczek – jednej do rozpoznawania celu, drugiej do działania terapeutycznego – czyni je idealnymi kandydatami do zaawansowanych terapii. Projekt ten opiera się na wcześniejszych badaniach przeprowadzonych na ISS i jest finansowany w ramach programu NASA In-Space Production Applications (InSPA), którego celem jest demonstracja i rozwój kosmicznej działalności produkcyjnej, która może mieć znaczący wpływ ekonomiczny na Ziemi.

Rozwiązywanie Wyzwań w Produkcji Farmaceutycznej: Agregacja Białek

Wiele projektów zostało sfinansowanych przez Amerykańską Narodową Fundację Nauki (NSF), która ma długoletnią współpracę z Narodowym Laboratorium ISS w celu rozwoju badań podstawowych w laboratorium orbitalnym. Jeden z takich projektów, realizowany przez Rensselaer Polytechnic Institute we współpracy z Tec-Masters, opiera się na wcześniejszych badaniach, aby lepiej zrozumieć, dlaczego dochodzi do agregacji białek podczas produkcji farmaceutycznej. Agregacja białek stanowi poważne wyzwanie w przemyśle, ponieważ może zmniejszyć skuteczność leków, wywoływać niepożądane reakcje immunologiczne u pacjentów oraz utrudniać przechowywanie i transport produktów farmaceutycznych.

Na Ziemi grawitacja i prądy konwekcyjne utrudniają precyzyjną obserwację początkowych etapów agregacji białek. W środowisku mikrograwitacji na ISS naukowcy mogą wyeliminować te zakłócenia i szczegółowiej badać procesy fałdowania i agregacji białek na poziomie molekularnym. Zrozumienie tych mechanizmów jest kluczowe dla opracowywania bardziej stabilnych i skutecznych leków, zwłaszcza leków biologicznych, które stają się coraz ważniejsze w leczeniu różnych chorób, od zaburzeń autoimmunologicznych po nowotwory. Dane zebrane na ISS pozwolą firmom farmaceutycznym zoptymalizować formulacje leków, wydłużyć ich okres przydatności do spożycia i zapewnić większe bezpieczeństwo pacjentom.

Materiały dla Robotyki Przyszłości: Zjawisko Separacji Cieczy

Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara, we współpracy z Redwire Space Technologies, badają zjawisko separacji cieczy, które mogłoby zostać wykorzystane do tworzenia materiałów dla bardziej realistycznej robotyki. W mikrograwitacji zachowanie cieczy drastycznie się zmienia; napięcie powierzchniowe staje się siłą dominującą, a efekty takie jak efekt Marangoniego (gdzie ciecze poruszają się z powodu różnic w napięciu powierzchniowym) stają się widoczne. Kontrolując te zjawiska, naukowcy mogą manipulować cieczami w sposób niemożliwy na Ziemi.

Badania te otwierają drzwi do rozwoju nowych materiałów kompozytowych o unikalnych właściwościach, takich jak zdolność do samonaprawy, zmienna sztywność czy adaptowalna tekstura. Takie materiały są kluczowe dla następnej generacji „miękkiej robotyki” (soft robotics), która dąży do tworzenia robotów elastycznych, adaptowalnych i bezpiecznych w interakcji z ludźmi. Wyobraź sobie roboty ze skórą, która może zmieniać teksturę, lub kończynami, które mogą dostosowywać się do kształtu chwytanych przedmiotów. Te innowacje mogłyby znaleźć zastosowanie w medycynie (np. zaawansowane protezy), eksploracji (elastyczne roboty do badania niedostępnych terenów) i przemyśle (roboty do delikatnych manipulacji). Zrozumienie i kontrolowanie separacji cieczy w kosmosie dostarcza bezcennych informacji na temat fundamentalnych zasad fizyki płynów, co ma dalekosiężne implikacje dla inżynierii materiałowej.

ELVIS: Mikroskop Holograficzny w Poszukiwaniu Życia Poza Ziemią

W poszukiwaniu życia poza Ziemią technologia odgrywa kluczową rolę. System ELVIS (Extant Life Volumetric Imaging System) mógłby znacznie usprawnić te poszukiwania. Naukowcy z Portland State University, we współpracy z Laboratorium Napędu Odrzutowego (JPL) NASA w Południowej Kalifornii i firmą Teledyne Brown Engineering, Inc., przetestowali nowy mikroskop holograficzny – ELVIS – który pozwoliłby naukowcom badać zdolność adaptacji życia w ekstremalnych warunkach. Mikroskopia holograficzna umożliwia trójwymiarowe obrazowanie mikroorganizmów bez konieczności fizycznego krojenia próbek, co jest kluczowe dla zachowania integralności delikatnych próbek biologicznych.

ELVIS jest zaprojektowany do wykrywania i charakteryzowania mikroorganizmów w próbkach ciekłych, nawet przy bardzo niskich stężeniach. Jego zdolność do tworzenia szczegółowych obrazów 3D pozwala badaczom studiować morfologię, ruch i interakcje mikrobów w czasie rzeczywistym. Technologia ta jest szczególnie istotna dla przyszłych misji na księżyce z podpowierzchniowymi oceanami, takie jak Europa (księżyc Jowisza) czy Enceladus (księżyc Saturna), gdzie życie mogłoby istnieć w środowiskach wodnych. Testowanie ELVIS-a na ISS, gdzie występują ekstremalne warunki promieniowania i mikrograwitacji, dostarcza cennych danych na temat jego wydajności i niezawodności w środowisku kosmicznym. Badanie ekstremofilów (organizmów żyjących w ekstremalnych warunkach) na ISS służy również jako analogia do zrozumienia potencjalnego życia poza Ziemią, przygotowując nas na odkrycia, które mogą zmienić nasze rozumienie wszechświata.

System REACCH: Walka z Kosmicznymi Śmieciami

Problem kosmicznych śmieci, czyli „kosmicznego złomu”, staje się coraz poważniejszy. Tysiące nieaktywnych satelitów, zużytych stopni rakiet i fragmentów po kolizjach krąży wokół Ziemi, stanowiąc zagrożenie dla aktywnych satelitów i przyszłych misji kosmicznych. W tym kontekście firma Kall Morris Inc, we współpracy z Voyager Technologies, wykorzystała swobodnie latające roboty Astrobee na stacji kosmicznej do walidacji swojego systemu REACCH. REACCH używa „ramion” przypominających czułki z przylepnymi podkładkami podobnymi do tych u gekonów, aby chwytać pływające kosmiczne śmieci. Podkładki te działają na zasadzie sił van der Waalsa, umożliwiając bezpieczne i nieinwazyjne przyleganie do różnych powierzchni bez pozostawiania resztek czy powodowania uszkodzeń.

Roboty Astrobee, autonomiczne systemy swobodnie poruszające się wewnątrz ISS, stanowiły idealną platformę do testowania systemu REACCH w kontrolowanym środowisku mikrograwitacji. Zdolność REACCH do delikatnego, ale mocnego chwytania obiektów bez użycia mechanicznych chwytaków, które mogłyby uszkodzić śmieci lub stworzyć nowe fragmenty, stanowi znaczący postęp. Pomyślna demonstracja REACCH na ISS otwiera drogę do rozwoju systemów operacyjnych do aktywnego usuwania kosmicznych śmieci. Ochrona krytycznej infrastruktury na orbicie – w tym satelitów do komunikacji internetowej, prognozowania pogody, nawigacji GPS i obrony – ma kluczowe znaczenie для współczesnego życia i globalnego bezpieczeństwa. Bez skutecznych rozwiązań do zarządzania kosmicznymi śmieciami rośnie ryzyko kaskadowych kolizji (syndrom Kesslera), co mogłoby uczynić niektóre orbity bezużytecznymi dla przyszłych pokoleń.

Przyszłość Badań na Niskich Orbitach

Narodowe Laboratorium ISS jest dumne z partnerstwa z NASA i międzynarodowymi współpracownikami, które umożliwiło te znaczące badania kosmiczne dla dobra ludzkości. Powrót misji NASA i SpaceX Crew-10 oznacza pomyślne zakończenie kolejnej ekspedycji naukowej w ciągłym dążeniu do wykorzystania kosmosu jako platformy dla innowacji. Badania prowadzone na ISS nie tylko przynoszą bezpośrednie korzyści dla życia na Ziemi, ale także kładą podwaliny pod długoterminową obecność człowieka w kosmosie, w tym przyszłe misje na Księżyc i Marsa. Poprzez takie misje ISS nadal służy jako nieocenione źródło odkryć naukowych, rozwoju technologicznego i współpracy międzynarodowej, kształtując przyszłość badań i innowacji.

Więcej informacji na temat nauki, którą astronauci wspierali podczas tej misji, można znaleźć na stronie startowej Narodowego Laboratorium ISS.