“國際空間站”的十大研究成果

從遠古時代開始，人類對宇宙的探索從未止步，不斷產生新的發現，創造新的奇跡。與此同時，探索未知世界還為人類帶來了巨大的經濟財富、新的資源，并且催生一批先進技術。在載人航天領域也是如此，由于“國際空間站”（ISS）的建設、運行和發展，為人類帶來了一批新技術和新成果。2013年9月在北京舉辦的第64屆國際宇航大會上，美國航空航天局（NASA）“國際空間站”實驗室首席科學家朱莉·羅賓遜（Ju lie Robinson）博士回顧了“國際空間站”取得的一系列科學成就，并且總結了其中最重要的十大科學成就。

第十：通過飲食和鍛煉預防在太空中骨質流失的發生

航天員在太空環境下會出現骨質流失的現象，該問題在“國際空間站”的首飛任務中就被發現了。對于這個問題的研究從未間斷，并在近幾年達到了頂峰。在早期研究中，發現“國際空間站”航天員的骨密度流失率達到了每月1.5%。這個數據是非常驚人的，相當于更年期女性1年的骨質流失量。

早期“國際空間站”的研究人員在確定了流失率之后，發現鍛煉有助于緩解骨質流失的程度。科學家們隨后開始尋找通過飲食和鍛煉預防骨質流失的方法，并且不斷升級鍛煉的器械。

科學家發現，通過一定周期的高強度阻力鍛煉，輔以一定劑量富含維他命D的配餐，在太空生活過的航天員返回地球時不會損失大量的骨密度，這是解決方案之一。這種方法出現在“雙子星座”任務之后，解決了人類在外太空長期生活的關鍵問題。

通過這項研究，我們能夠更好地理解，在日常生活中伴隨著人類的衰老，骨密度是如何發生變化的，以及如何避免由衰老引發的類似在太空這樣情況的發生。今后，當婦女被診斷出患有骨質疏松癥時，醫生就可以告訴她們：“不用緊張，保持樂觀的心情好好鍛煉，規范飲食就可以了。”雖然目前將“國際空間站”上的研究成果應用在地球上的人類尚需時日，但這仍然是一項非常有前景的骨質疏松癥解決方案。

第九：理解骨質疏松癥的機理以開發新的治療藥物

“國際空間站”的第九項研究成果與第十項成果密切相關。AMGEN制藥公司在“國際空間站”上對小白鼠做了一系列實驗，這些實驗的目標主要是研究空間環境對骨骼健康的影響，以及相關的治療藥物效果。這項研究被稱為商業生物測試模塊（CBTM），主要是驗證骨保護素在微重力環境下對骨細胞骨基質維持效果。研究結果顯示，經過骨保護素治療的小白鼠，比未進行任務保護的小白鼠，其骨吸收明顯降低。

目前，經過空間環境驗證過的骨保護素已經研制出來了，并已進入地面臨床試驗階段，以便更好地了解這種藥物的特效。獲得的試驗成果在數年前就應用到了AMGEN公司的Prolia藥物上。

第八：將超光譜成像儀用于海岸成像和海洋保護

第八項研究成果是一項非常有價值的研究，因為它突出了“國際空間站”作為對地觀測平臺的重要性。在這項研究里，“國際空間站”上攜帶了一臺超光譜成像儀（H ICO），用于海岸成像和海洋保護。

超光譜成像儀收集從地球表面反射回來的光波，其特別之處在于能獲得上百譜帶，遠遠超過了遙感衛星，如“陸地衛星”（Landsat）上攜帶的對地觀測設備所能吸收的8條不同譜帶。從這些數百個不同的譜帶獲得的信息和細節，是無法從一般的遙感衛星數據中得到的。

通過超光譜成像儀，可以辨別海域中的沉積物和葉綠素。葉綠素是藻類的標志，說明其中有氮，即土壤中肥料的流失，這是判斷水質量的重要標志。在含沙的海灣，通常分辨二者是非常困難的，海洋遙感學專家稱之為“褐水”問題。

美國環境保護機構（EPA）使用超光譜成像儀研發出一個概念驗證模型，用來幫助模擬和保護水資源。該機構研究人員通過搜集實時的觀測數據，對數據進行整理、分析，以獲得溶解的有機物質和葉綠素。這使得他們開發出一個模型，最終得出的結論是藻類已經大量繁殖，有可能對海洋生物造成威脅。

庚烷燃料燃燒及冷焰現象

第七：在電場環境下膠體自組裝，制作納米材料

在此之前，很多人不知道太空研究如何推動納米技術的進步，這項研究著眼于在電場環境下如何進行膠體自組裝。膠體是懸浮在溶液中微小的顆粒，這在洗滌劑、藥物等家用產品和工業產品中是非常關鍵的。這里所述的膠體是一個獨特的類型，即磁流變（MR）液體，可以在電場中改變它的粘度，甚至在納米級改變它們的組裝方式。

“國際空間站”上的微重力可以延緩這些膠體混合物的運動，使得研究人員可以了解它們是如何相互作用的，然后利用這些知識來控制地面上的微小顆粒。由于重力的作用，納米粒子會沉淀得太快，因此這些實驗沒辦法在地球上開展。

第六：發現冷焰燃燒新現象

冷焰燃燒是一個非常有趣的新名詞，因為在科學領域，炙熱火焰的溫度一般在上千度，而冷焰是在600～800℃范圍內。在“國際空間站”，航天員利用一個名為“燃燒集成機架”（CIR）的設備用于燃燒燃料的液滴，就像微重力火焰熄滅試驗。

在庚烷燃料燃燒及冷焰現象圖中，左為一個庚烷燃料燃燒的液滴，可以看出，它燃燒起來的球體并不像是蠟燭燃燒的火焰，因為在太空中沒有密度或浮力驅動對流，這意味著暖空氣不會像在地球上一樣上升，因此可以得到這種藍色的、球形的火焰。真正有趣的是在燃燒淬火之后發生的事。氧化作用停止后，火焰熄滅，然而在一段時間之后，研究人員發現了一點意外的殘光。就是這點殘光，比之前的燃燒溫度要低，這樣一個“冷焰”是前所未知的過程，因為在地球上這個過程發生得實在是太快了。目前，仍需對這種現象進行大量的分析和建模，但這表示它對地面上實現高效燃燒有很大幫助，只是需要一些時間，未來我們就能看到它們的研究結出碩果。

第五：細菌病原體在太空變得更加致命的途徑

地面上的研究表明，一些細菌在進入太空之后可能會變得更加致命，特別是沙門氏菌。在美國，沙門氏菌感染每年導致15000人住院，400人死亡。研究人員發現，細菌確實在太空變得更易導致疾病。更重要的是，在微重力條件下，細菌的遺傳通道打開了，這個通道相當于離子經過培養基的培養。在美國航空航天局后續的航天生命和物理科學計劃的資助下，還對培養基中沒有離子介質時觀察細菌的致命性是提高了還是降低了。

當前，科學家們還在研究其他種類的細菌，試圖了解這是否是一個普遍現象。如果是的話，這項成果是否能夠應用在地球上，是否能夠用來對抗疾病？

第四：4000萬名學生參與“國際空間站”的應用和研究活動且不斷增加

在科學領域，一旦一項研究成果發表出來，受其影響衍生的其他成果會呈指數級增長，這在教育領域也是一樣。“國際空間站”每年都激勵了成千上萬的學生從事與數學和科學相關的職業。據統計，2012年“國際空間站”的合作伙伴來自44個國家、25000個學校、280萬名教師和4310萬名學生。這些學生通過了解航天員在“國際空間站”的生活，通過演示操作受到鼓勵，激發他們參與相關教育計劃的興趣。據統計，有170萬名學生實際參與到科學領域中來，他們中的很多人有可能就是未來航天研究機構和宇航公司的研究者。這是一項偉大的航天工程，鼓勵數以百萬的學生有志成為未來的航天科學家，因此該項成果被列入“國際空間站”的十大重要成果。

第三：阿爾法磁譜儀-2（AMS-2）實驗在暗物質觀測方面取得進展

阿爾法磁譜儀-2是最復雜的測量宇宙射線的磁體。目前，最先進的粒子物理探測器收集來自深空的顆粒，測量它們的能量，最重要的是確定它們的方向。粒子物理學家們認為這是目前最佳的理論，并且試圖找到證據來驗證它或者推翻它。一個新現象的出現，使得全世界的研究者都致力于研究暗物質和反物質，從而解決宇宙起源之謎。

諾貝爾獎得主丁肇中博士總結了他的研究結果：觀測表明新現象確實存在，無論是從粒子物理學或是天體物理學的起源角度來看。實驗結果符合宇宙中暗物質粒子碰撞湮滅產生正電子的理論，目前的研究還在繼續，未來有更多的疑團有待揭開。

第二：機器人協助腦部手術

這項成果顯示，我們可以把應用在空間站上的先進技術用于地面上。機器人可以輔助外科醫生挽救患者的生命，使得腦腫瘤等疾病得以醫治。這項成果不僅是先進航天技術的衍生品，而且使之能夠在地面上為人類所用，未來有可能挽救眾多的生命。

“國際空間站”上的機械臂技術由加拿大的麥德公司（MDA）研發，機械臂必須非常靈活才能順利完成一系列組裝和裝配工作，并且在面臨輻射的環境下繼續工作。這些特性使得這項技術能夠轉化為在地面上使用的，協助外科醫生完成手術操作。

第一：化療藥物新型靶向輸送方法目前正在用于乳腺癌臨床試驗

這個新方法未來有可能改變人類治療乳腺癌的途徑。之所以這項成果列為十大成果之首，主要是因為乳腺癌實在太可怕了，已經奪走了成千上萬人的生命。

這項研究始于2002年，航天員佩吉·惠特森（Peggy W hitson）在“國際空間站”上第一次完成了相關實驗，將一定份量的化療藥物裝在微型膠囊里，并且找到一個新型的輸送方法。一些研究模型顯示，如果沒有重力的影響，裝有化療藥物的微型膠囊能夠更加簡單的直達腫瘤部位。但問題是在地面上很難做到空間站上的微重力環境。因此，科學家們未來5年的工作目標是找到一種新的手段，在地面實驗室的環境下研制出數量和純度都滿足要求的微型膠囊，這些技術已經授權給一家商業公司，可能還需要10年才能真正大規模付諸臨床治療。