Utrymmet kan se tomt ut, men det innehåller extrema temperaturer, höga nivåer av bakgrundsstrålning, mikrometeoroider och solens ofiltrerade bländning. Dessutom exponeras material och utrustning på utsidan av den internationella rymdstationen för atomärt syre (AO) och andra laddade partiklar när det kretsar runt jorden i yttersta kanten av vår atmosfär. Endast de hårdaste materialen, utrustningen och organismerna kan motstå denna tuffa miljö, och forskare som bedriver forskning på det kretsande laboratoriet har identifierat några av dem för en mängd olika potentiella användningsområden.

"Det finns sätt att testa de olika komponenterna av rymdexponering individuellt på marken, men det enda sättet att få den kombinerade effekten av dem alla samtidigt är på omloppsbana", säger Mark Shumbera från Aegis Aerospace, som äger och driver MISSE Flight Facility (MISSE-FF), en plattform för studier av rymdexponering på stationen. "Det är viktigt eftersom kombinerade effekter kan skilja sig mycket från individuella."

Uppdrag lanseras ungefär var sjätte månad till MISSE-FF, som sponsras av ISS National Lab. Experimenten började när plattformen installerades 2018 och kommer att fortsätta under hela rymdstationens liv, säger Shumbera. En tidigare MISSE-anläggning som fungerade från 2001 till 2016 var värd för de första stationsbaserade exponeringsexperimenten.

Några av dessa uppdrag hjälper forskare att förstå hur ny teknik reagerar på rymdmiljön. "Innan du använder en teknik på en operativ satellit eller ett fordon, vill du ha lite förtroende för att den kommer att fungera som du tror att den kommer att göra i rymdmiljön", säger han.

MISSE-FF har högupplösta kameror som tar periodiska bilder av alla föremål på dess exponeringsdäck och sensorer för att registrera miljöförhållanden som temperatur, strålning och UV- och AO-exponering. Alla testartiklar förs tillbaka till marken för analys efter flygning också.

NASA-forskare har flugit flera uppdrag på MISSE-FF för att analysera effekterna av atomärt syre och strålning på hundratals prover och enheter.

MISSE-9, till exempel, bedömde hur polymerer, kompositer och beläggningar hanterade exponering för rymden. För detta och andra MISSE-uppdrag testar Kim de Groh, senior materialforskningsingenjör vid NASA:s Glenn Research Center i Cleveland, två primära miljöförstöringseffekter. Den första är hur snabbt ett material eroderar på grund av AO-interaktion. Hon mäter förlust av massa i rymdexponerade material och använder den informationen för att beräkna AO-erosionsutbytesvärden. Dessa värden hjälper rymdfarkostdesigners att avgöra om specifika material är lämpliga för användning och hur tjocka dessa material måste vara.

Material som används som isolering av rymdfarkoster kan bli spröda i rymden på grund av strålning och temperaturväxling i omloppsbana. Denna sprödhet kan skapa sprickor och orsaka problem som att en rymdskeppskomponent överhettas. De Groh testar också hållbarheten hos olika material för att hitta de som motstår att bli spröda.

"Den idealiska situationen är att faktiskt exponera prover för rymden, att uppleva alla de tuffa miljöförhållandena samtidigt", säger de Groh.

EXPOSE-R-2-anläggningen från ESA (European Space Agency) är en annan plattform som ger forskare möjlighet att testa prover i rymden. ESA-undersökningar som har använt anläggningen inkluderar BOSS och BIOMEX, som exponerade biofilmer, biomolekyler och extremofiler för rymden och Mars-liknande förhållanden. Extremofiler är organismer som kan leva under förhållanden som är outhärdliga eller till och med dödliga för de flesta livsformer.

Att öka autonomin är avgörande för framtida uppdrag som reser längre från jorden och inte kan förlita sig på återförsörjningsuppdrag. Mikroorganismer som är toleranta mot extrema förhållanden har potentiell användning i livsuppehållande system för sådana uppdrag, enligt Daniela Billi, professor vid biologiavdelningen vid universitetet i Rom Tor Vergata och utredare för BOSS och BIOMEX. Till exempel kan cyanobakterier använda tillgängliga resurser för att fixera kol (omvandla atmosfärisk koldioxid till kolhydrater) och producera syre.

Under exponeringen på rymdstationen fick torkade Chroococcidiopsis-celler en joniserande stråldos motsvarande en resa till Mars. Deras svar tyder på att bakterierna skulle kunna transporteras till planeten och rehydreras vid behov. De torkade cellerna blandades också med en simulant av Mars regolit eller damm och fick en UV-dos motsvarande cirka 4 timmars exponering på Mars yta.

"Syftet med den här studien var att verifiera om denna cyanobakterie kunde reparera DNA-skador som ackumulerats under resor till Mars och exponering för odämpade Mars-förhållanden", säger Billi.

Nyligen publicerade resultat tyder på att de kan:DNA-sekvensering av celler rehydrerade efter exponering visade ingen ökning i mutationshastighet jämfört med kontroller odlade under jordförhållanden. Detta resultat ökar potentialen för att använda denna organism för att använda resurser tillgängliga på plats för att stödja mänskliga bosättningar.

En annan undersökning som använde EXPOSE-R-2-anläggningen fann tecken på liv i melaninhaltiga svampar efter 16 månaders exponering för rymden. Svampmelaninpigment verkar spela en roll i cellulärt motstånd mot extrema förhållanden, inklusive strålning, och kan ha potential att användas som strålskydd vid framtida rymduppdrag. I experimentet minskade ett tunt lager av en stam av melaniserad svamp strålningsnivåerna med nästan 2 % och potentiellt så mycket som 5 %.

Förutom svampar använde forskare ESA-plattformen för att exponera vilostadierna hos ett 40-tal arter av flercelliga djur och växter för utrymmet för EXPOSE-R IBMP-undersökningen. Resultaten visade att många av dessa organismer förblev livsdugliga och till och med fullbordade livscykler och reproduktion i flera generationer, vilket tyder på att framtida resor till andra planeter skulle kunna ta med jordlevande livsformer för användning i ekologiska livsuppehållande system och för att skapa artificiella ekosystem.

När människor utforskar längre ut i rymden och stannar där längre, hjälper tester som utförs på rymdstationens exponeringsplattformar till att säkerställa att materialen och systemen de tar med sig är redo för resan. + Utforska vidare

Forskare som utvecklar läkemedel för att möjliggöra längre rymduppdrag