De ruimte ziet er misschien leeg uit, maar bevat extreme temperaturen, hoge niveaus van achtergrondstraling, micrometeoroïden en de ongefilterde schittering van de zon. Bovendien worden materialen en apparatuur aan de buitenkant van het internationale ruimtestation blootgesteld aan atomaire zuurstof (AO) en andere geladen deeltjes terwijl het om de aarde draait aan de uiterste rand van onze atmosfeer. Alleen de meest winterharde materialen, apparatuur en organismen zijn bestand tegen deze barre omgeving, en wetenschappers die onderzoek doen naar het in een baan om de aarde draaiende laboratorium hebben enkele van hen geïdentificeerd voor verschillende mogelijke toepassingen.

"Er zijn manieren om de verschillende componenten van blootstelling aan de ruimte afzonderlijk op de grond te testen, maar de enige manier om het gecombineerde effect van ze allemaal tegelijkertijd te krijgen, is in een baan om de aarde", zegt Mark Shumbera van Aegis Aerospace, eigenaar en exploitant van de MISSE Flight Facility (MISSE-FF), een platform voor studies over blootstelling aan de ruimte op het station. "Dat is belangrijk omdat gecombineerde effecten heel anders kunnen zijn dan individuele."

Missies lanceren ongeveer elke zes maanden naar MISSE-FF, dat wordt gesponsord door het ISS National Lab. Experimenten begonnen toen het platform in 2018 werd geïnstalleerd en zullen doorgaan voor de levensduur van het ruimtestation, zegt Shumbera. Een eerdere MISSE-faciliteit die van 2001 tot 2016 in gebruik was, was de thuisbasis van de eerste op stations gebaseerde blootstellingsexperimenten.

Sommige van deze missies helpen onderzoekers te begrijpen hoe nieuwe technologieën reageren op de ruimteomgeving. "Voordat je een technologie gebruikt op een operationele satelliet of voertuig, wil je er zeker van zijn dat het zal presteren zoals je denkt dat het zal doen in de ruimte", zegt hij.

MISSE-FF heeft high-definition camera's die periodiek foto's maken van alle items op de belichtingsdekken en sensoren om omgevingscondities zoals temperatuur, straling en UV- en AO-blootstelling vast te leggen. Alle testartikelen worden ook terug naar de grond gebracht voor analyse na de vlucht.

NASA-wetenschappers hebben meerdere missies op de MISSE-FF gevlogen om de effecten van atomaire zuurstof en straling op honderden monsters en apparaten te analyseren.

MISSE-9 bijvoorbeeld beoordeelde hoe polymeren, composieten en coatings omgingen met blootstelling aan de ruimte. Voor deze en andere MISSE-missies test Kim de Groh, senior materiaalonderzoeker bij NASA's Glenn Research Center in Cleveland, twee primaire milieudegradatie-effecten. De eerste is hoe snel een materiaal erodeert als gevolg van AO-interactie. Ze meet massaverlies in aan de ruimte blootgestelde materialen en gebruikt die informatie om AO-erosieopbrengstwaarden te berekenen. Deze waarden helpen ontwerpers van ruimtevaartuigen om te bepalen of specifieke materialen geschikt zijn voor gebruik en hoe dik die materialen moeten zijn.

Materialen die als isolatie van ruimtevaartuigen worden gebruikt, kunnen in de ruimte broos worden door straling en temperatuurwisselingen in een baan om de aarde. Deze verbrossing kan scheuren veroorzaken en problemen veroorzaken, zoals oververhitting van een onderdeel van een ruimtevaartuig. De Groh test ook de duurzaamheid van verschillende materialen om materialen te vinden die niet broos worden.

"De ideale situatie is om monsters daadwerkelijk aan de ruimte bloot te stellen, om alle barre omgevingsomstandigheden tegelijkertijd te ervaren", zegt de Groh.

De EXPOSE-R-2-faciliteit van ESA (European Space Agency) is een ander platform dat wetenschappers de mogelijkheid biedt om monsters in de ruimte te testen. ESA-onderzoeken die de faciliteit hebben gebruikt, omvatten BOSS en BIOMEX, die biofilms, biomoleculen en extremofielen hebben blootgesteld aan ruimte- en Mars-achtige omstandigheden. Extremofielen zijn organismen die kunnen leven in omstandigheden die voor de meeste levensvormen ondraaglijk of zelfs dodelijk zijn.

Het vergroten van de autonomie is van cruciaal belang voor toekomstige missies die verder van de aarde reizen en niet kunnen vertrouwen op bevoorradingsmissies. Volgens Daniela Billi, een professor aan de biologieafdeling van de Universiteit van Rome Tor Vergata en een onderzoeker voor BOSS en BIOMEX, kunnen micro-organismen die extreme omstandigheden verdragen, mogelijk worden gebruikt in levensondersteunende systemen voor dergelijke missies. Zo kunnen cyanobacteriën de beschikbare middelen gebruiken om koolstof vast te leggen (koolstofdioxide uit de lucht om te zetten in koolhydraten) en zuurstof te produceren.

Tijdens de blootstelling aan het ruimtestation ontvingen gedroogde Chroococcidiopsis-cellen een dosis ioniserende straling die overeenkomt met een reis naar Mars. Hun reactie suggereert dat de bacteriën naar de planeet kunnen worden getransporteerd en op verzoek opnieuw kunnen worden gehydrateerd. De gedroogde cellen werden ook gemengd met een simulant van Mars-regoliet of stof en kregen een UV-dosis die overeenkomt met ongeveer 4 uur blootstelling aan het oppervlak van Mars.

"Het doel van deze studie was om te verifiëren of deze cyanobacterie DNA-schade kan herstellen die is ontstaan ​​tijdens reizen naar Mars en blootstelling aan onverzwakte Mars-omstandigheden", zegt Billi.

Recent gepubliceerde resultaten suggereren dat ze het volgende kunnen:DNA-sequencing van cellen die gerehydrateerd zijn na blootstelling toonde geen toename in mutatiesnelheid in vergelijking met controles die onder aardse omstandigheden waren gekweekt. Dit resultaat vergroot het potentieel om dit organisme te gebruiken om ter plaatse beschikbare middelen in te zetten om menselijke nederzettingen te ondersteunen.

Een ander onderzoek met behulp van de EXPOSE-R-2-faciliteit vond tekenen van leven in melaninebevattende schimmels na 16 maanden blootstelling aan de ruimte. Schimmelmelaninepigment lijkt een rol te spelen bij cellulaire weerstand tegen extreme omstandigheden, waaronder straling, en kan mogelijk worden gebruikt als stralingsbescherming bij toekomstige diepe ruimtemissies. In het experiment verminderde een dunne laag van één stam van gemelaniseerde schimmel de stralingsniveaus met bijna 2% en mogelijk wel 5%.

Naast schimmels gebruikten onderzoekers het ESA-platform om de ruststadia van zo'n 40 soorten meercellige dieren en planten bloot te stellen aan de ruimte voor het EXPOSE-R IBMP-onderzoek. De resultaten toonden aan dat veel van deze organismen levensvatbaar bleven en zelfs gedurende meerdere generaties levenscycli en reproductie voltooiden, wat suggereert dat toekomstige reizen naar andere planeten aardse levensvormen zouden kunnen meenemen voor gebruik in ecologische levensondersteunende systemen en voor het creëren van kunstmatige ecosystemen.

Naarmate mensen verder de ruimte in gaan en daar langer blijven, helpen tests die op de blootstellingsplatforms van het ruimtestation worden uitgevoerd, ervoor te zorgen dat de materialen en systemen die ze meenemen geschikt zijn voor de reis. + Verder verkennen

Onderzoekers die medicijnen ontwikkelen om langere ruimtemissies mogelijk te maken