去年我们从空间站学到了什么
随着国际空间站进入人类持续存在的第三个十年，在那里进行的微重力研究的影响不断扩大。2020年11月至2021年11月期间，根据轨道实验室的研究，发表了400多篇科学论文。
以下是开创性空间站科学的一些最新成果：
干细胞中更多的干细胞
前美国国家航空航天局宇航员佩吉•惠特森为心脏干细胞调查进行手术。
太空飞行会影响心脏功能和结构，科学家们知道心血管干细胞对这些变化有反应，但不清楚这种反应的生物学基础。国际空间站美国国家实验室的心脏干细胞研究深入探讨了微重力如何影响心脏干细胞以及控制其活动的物理和分子变化。
在地球上，心血管干细胞，也被称为心血管祖细胞或CPC，可以不断分裂产生更多相同类型的细胞或发育成其他特殊的细胞类型。在新生儿中，这些细胞发育成多种类型的心血管细胞，并比成人心脏中的相同细胞产生更多数量的细胞。这种能力表明，新生儿或新生儿心脏细胞有潜力用于修复和替换磨损或受损的心脏组织。
根据发表在《国际分子科学杂志》上的一项研究，这项研究表明，太空飞行给成年和新生儿细胞带来了更多的“干性”，这可能会改善它们的再生、存活和增殖。了解如何促使这种恢复到早期发育状态，可能会对再生医学领域产生巨大益处。这种生长领域使用干细胞和组织工程来再生、修复或替换受损或患病的细胞、器官和组织。长期微重力是空间站提供的一种独特的研究变量，它可以为激活成年CPC的干性提供一种工具。
减少辐射暴露
这张图片显示了连接在日本实验舱气闸（JEMAL）滑台上的ExHAM设施，该滑台用于将该设施移动到空间站外部。材料样品附着在设施的侧面。
ExHAM辐射屏蔽是日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）的一项调查，评估了太空环境如何影响可用于屏蔽未来航天器免受宇宙射线和其他类型电离辐射的材料。
研究人员发现，在聚合物中添加矿物氯镁石（一种碱性水蒸发时形成的硼砂）可以减少材料吸收的辐射量。暴露在空间辐射下的样本与未暴露在这些恶劣条件下的样本没有显著差异。该大院可以为卫星技术、近地轨道站和高空飞机提供更好的辐射防护。这些材料在地球上恶劣的环境中也有潜在的应用。
强大的微型矿工
这张飞行前的图像显示了一种微生物的生物膜，即干燥旋果单胞菌，生长在玄武岩表面，用于生物岩石实验，该实验检查了重力变化对岩石、微生物和液体相互作用的影响。研究结果表明，仿生可以在微重力条件下工作，甚至可能比在地球上更有效。
电子和合金生产行业利用微生物从岩石中开采经济上重要的元素。欧空局的一项调查结果表明，这种被称为仿生的技术在月球和火星上可能与在地球上一样有效，甚至更有效。
Biorock证明，微生物可以在太空中从玄武岩（月球和火星上的一种常见岩石）中提取稀土元素。该团队在最近的一篇论文中透露，微生物在微重力条件下的表现可能会更好，据报道，空间站上的钒生物矿化增加了283%。这意味着我们可以利用仿生技术提取出维持人类独立于地球所需的元素。
利用微生物采矿减少了对可能破坏环境的化学物质的需求，消耗的能源非常少，而且结构紧凑，这是深空探索的一个重要考虑因素，也是对从地球上携带的材料的限制。
仔细观察水泥
美国国家航空航天局宇航员Anne McClain和Serena Auñón-Chancellor在MICS实验的操作中，该实验检查了微重力下水泥的固化。
前往月球或火星居住的人类需要能够建造安全的生活和工作场所。混凝土是地球上使用最广泛的建筑材料，它足够坚固耐用，可以抵御宇宙辐射和陨石，甚至可以使用这些天体上可用的材料来制造。MICS研究将水泥粉与各种添加剂和一定量的水混合，以检查固化过程中涉及的化学和微观结构，并确定重力变化是否会影响固化过程。
《建筑与建筑材料》杂志上的一篇论文报告了其中一些测试的结果。在铝酸三钙和石膏的混合物中，微重力导致了独特的微观结构，包括石膏中的条纹或线条。这些条纹状微观结构具有高度多孔性和截留的空气，这可能会影响材料的强度。混合在地球上的样品显示出更发达的微观结构和更高的水合程度。这些发现可能有助于开发用于建造地外栖息地的新材料和改进地球上的材料。
目前正在空间站进行的另一项调查，Redwire风化层打印，也正朝着这个目标努力。该实验使用一种模拟风化层或月球和火星上发现的松散岩石和土壤的材料进行测试，用空间站的太空增材制造设施通过3D打印创建物体。
在心血管问题上取得进展
Roscosmos Plethymograph装置用于腿静脉健康的心脏ODNT调查。Plethymography测量身体特定区域（包括血管）的体积变化。
俄罗斯航天局Roscosmos的Cardio ODNT调查了两次为期6个月的太空飞行任务中机组人员的腿部静脉健康状况。先前的研究表明，静脉结构在抵达空间站后不久就会发生变化，主要是从臀部以下。
公布的结果表明，只要机组人员在飞行间隙有足够的时间，并且下肢肌肉健康良好，支持静脉结构和功能，参加两次任务就不会恶化腿部静脉健康。研究结果表明，体育锻炼可以为空间相关心血管问题提供有效的对策。
地球夜晚的大气层
组装过程中的迷你EUSO望远镜。
Roscosmos ASI Mini EUSO正在生成具有潜在应用的数据，以应对气候影响、海洋污染、地磁扰动、空间碎片和流星。Mini EUSO是一台设计用于夜间运行的多用途望远镜，是JEM-EUSO的一部分，这是一个更大的项目，涉及来自16个国家的约300名科学家，致力于加强宇宙射线的观测。该望远镜观测大气现象，如闪电状瞬态发光事件（TLE）、流星、奇异夸克物质（SQM）和宇宙射线暴。这可能是绘制可能通过激光清除的空间碎片地图的第一步，并支持创建地球夜间紫外线发射的动态地图。
发表在《天体物理杂志》上的一篇论文报道称，六个月的运行表明，迷你EUSO按预期运行，测量地球气辉和紫外线发射的变化，并跟踪空间碎片和超高能宇宙射线。
预测和预防骨质流失
这张照片显示了加拿大航天局宇航员David Saint-Jacques在飞行前为TBone研究收集的基线骨密度数据，该研究使用骨密度和结构的高科技测量来评估太空飞行对骨质量的影响。
长时间的太空飞行对机组人员的骨骼健康构成风险，尤其是承重骨骼。美国国家航空航天局生物化学档案和加拿大航天局TBone研究的研究人员检查了太空飞行过程中小腿和手臂骨骼的微结构、密度和强度的变化，以及任务持续时间、与骨骼吸收和形成相关的生化标记物和运动之间的关系。
他们的研究结果发表在《英国运动医学杂志》上，表明一些宇航员的骨质流失可以通过飞行前某些生物标志物的升高来预测，骨骼生物标志物和运动史可以帮助识别骨质流失风险更大的宇航员。在飞行中增加阻力训练的机组人员更有可能保持骨骼力量，但目前的飞行训练制度是否足够，需要进一步检查。这些发现也有助于理解运动如何影响地球上的骨骼损失，例如由于受伤、废弃或疾病导致的机械负荷减少。
表征太空中的煤烟火焰
作为火焰设计的一部分点燃的火焰，该设计研究在不同条件下产生的烟灰量。黄色斑点是烟灰团，在热的时候会发出黄色的光。这些星团在微重力条件下比地球上更大，因为烟灰在火焰中停留的时间更长。
火焰设计是微重力实验高级燃烧项目的一部分，研究烟尘的产生和控制。由于烟灰会对效率、火焰排放和设备寿命产生不利影响，因此结果可能会导致更高效、更清洁的燃烧器设计。在燃烧集成机架（CIR）中对气体燃料的球形火焰进行了实验。
研究人员在《燃烧与火焰杂志》上发表的一篇论文中报告了一些观察结果，包括火焰的增长率、燃烧器加热与火焰半径的耦合、火焰开始熄灭时的振荡、燃料流速与火焰温度之间的关系，以及火焰中的辐照度随峰值气体温度的增加或几乎恒定。这些观测增强了对火灾行为的理解，并有助于确保人们在航天器和地球上的安全。
蓝色喷气式飞机、蓝色刘海和更大气的造型
ASIM在空间站上的仪器拍摄到一架蓝色喷气式飞机向上30公里进入平流层。
欧空局的ASIM是空间站外的一个观测设施，用于研究严重雷暴及其在地球大气层和气候中的作用。这项工作揭示了我们称之为闪电的明亮闪光背后的机制，并帮助研究人员确定了产生高能地面伽马射线闪光（TGF）的事件序列。
最近发表的结果增加了我们对另一种大气现象的物理性质的理解——蓝色喷流，或由云层上层带正电和带负电区域的扰动产生的放电。ASIM的测量表明，蓝色喷流可能起源于云顶的“蓝色爆炸”。研究还表明，爆炸的爆发和喷流本身都主要由流光电离波组成，只有微弱的先导活动特征，这是正常闪电所预期的。通过帮助科学家更好地了解雷暴如何影响地球大气层，ASIM有助于更好的大气模型以及气象和气候预测。
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梅丽莎•加斯基尔
国际空间站项目研究办公室
约翰逊航天中心