13 thí nghiệm và đột phá khoa học nhờ vào ISS

[Romano]

Tuần qua, Cơ quan Hàng không - Vũ trụ Mỹ (NASA) kỷ niệm 25 năm hai module đầu tiên của Trạm vũ trụ quốc tế (ISS) được phóng lên quỹ đạo thấp.

Trạm vũ trụ này đến năm 2009 chính thức hoạt động đầy đủ - đóng vai trò nền tảng quan trọng thúc đẩy hợp tác khoa học toàn cầu. Dự kiến ISS sẽ “về hưu” vào đầu thập niên 2030.

25 năm qua, ISS đóng góp rất nhiều cho hoạt động khoa học. Nhiều thí nghiệm và đột phá khoa học sẽ không thể đạt được nếu không có trạm.

Trạng thái thứ năm của vật chất

Các phi hành gia tạo ra ngưng tụ Bose-Einstein (BEC) - được xem như trạng thái thứ năm của vật chất trên ISS. BEC giúp giới nghiên cứu hiểu rõ hơn về thế giới vật lý lượng tử vì trạng thái vật chất này sở hữu loạt đặc tính thường chỉ được biểu hiện bởi từng nguyên tử riêng lẻ. Đây là công cụ quan trọng đối với lĩnh vực nghiên cứu cơ học lượng tử, có thể đem lại đột phá cho điện toán lượng tử trong tương lai.

BEC lần đầu được tạo ra ở Trái đất, nhưng chúng rất khó nghiên cứu vì vô cùng mỏng manh và phải được giữ ở nhiệt độ cực lạnh. Năm 2018, Phòng thí nghiệm Cold Atom trên ISS trở thành đơn vị đầu tiên tạo ra BEC ngoài không gian.

Lửa ngoài không gian

Khi đốt giọt nhiên liệu nhằm thực hiện thí nghiệm dập tắt lửa (FLEX), các phi hành gia trên ISS ghi nhận một hiện tượng gọi là “lửa lạnh cháy liên tục”: một trong số giọt nhiên liệu dường như đã tắt nhưng thực ra vẫn cháy với ngọn lửa vô hình.

Ở Trái Đất, “lửa lạnh” chỉ bùng lên vài giây. Nhưng ở ngoài không gian chúng có thể cháy đến vài phút mỗi lần, đem đến cho giới nghiên cứu cơ hội tìm hiểu rõ hơn về chúng.

“Lửa lạnh” sản sinh CO cùng formaldehyde thay vì CO2 cùng bồ hóng như lửa thông thường. Nghiên cứu chúng có thể giúp phát triển phương tiện ít gây ô nhiễm hơn.

Hệ thống lọc nước mới

Thập niên 1970, các nhà khoa học phát triển van kiểm tra vi khuẩn lọc tạp chất khỏi nước bằng lớp nhựa tẩm i-ốt trang bị cho tàu con thoi. Hai thập kỷ sau NASA cải tạo hệ thống để sử dụng trên ISS.

Như nhiều công nghệ không gian khác, hệ thống cũng có thể được dùng ở Trái đất. Ấn Độ, Mexico, Pakistan cùng nhiều quốc gia khác đều đang sử dụng chúng.

Không gian tác động đến tế bào gốc

Một thí nghiệm trên ISS gần đây cho thấy tế bào gốc từ tim người có thể tái tạo, tồn tại và sinh sôi tốt hơn trong môi trường không trọng lượng. Đây là thí nghiệm thuộc khuôn khổ dự án nghiên cứu tế bào gốc tim của NASA, mang đến hi vọng một ngày nào đó sẽ có thuốc chữa lành thậm chí thay thế tế bào và nội tạng người bị hư hỏng.

Tinh thể protein

Môi trường ngoài không gian cho phép giới nghiên cứu kết tinh hóa protein cơ thể người để hiểu rõ hơn về chúng và phát triển phương pháp điều trị nhiều loại bệnh chẳng hạn như ung thư.

Ở Trái đất, trọng lực tác động khiến tinh thể protein tạo ra trong phòng thí nghiệm bị xê dịch. Trên ISS, các phi hành gia có thể tạo tinh thể protein mạnh mẽ hơn với chất lượng cao hơn. Mẫu chất lượng cao cho phép họ xác định cấu trúc của protein gây bệnh phục vụ công tác điều chế thuốc hoặc xây dựng phương pháp điều trị mới.

Vi khuẩn giúp khai thác kim loại

Một thí nghiệm trên ISS gần đây mở ra tiềm năng sử dụng vi khuẩn chiết xuất kim loại từ đá và bụi Mặt trăng hoặc sao Hỏa. Trong thí nghiệm, vi khuẩn khi thực hiện việc loại bỏ vanadium khỏi đá bazan (có rất nhiều trên Mặt trăng lẫn sao Hỏa) ở ngoài không gian hiệu quả hơn khi ở Trái đất đến 300%.

Chip mô ngoài không gian

Chip mô (OOC) là thiết bị nhỏ chứa tế bào người trong ma trận 3D, mô phỏng các hoạt động và phản ứng sinh lý thực sự của nội tạng người.

Tương tự như vi khuẩn, OOC hoạt động hiệu quả hơn khi ở ngoài không gian. Sáng kiến Tissue Chips in Space sử dụng thiết bị này trên ISS để giúp giới nghiên cứu hiểu rõ hơn về một số vấn đề liên quan đến lão hóa chẳng hạn như mất dần cơ và mật độ khoáng xương.

Môi trường không trọng lực làm tăng tốc độ thay đổi do lão hóa, có nghĩa OOC ngoài không gian đem lại kết quả cho giới nghiên cứu nhanh hơn khi ở Trái đất.

In 3D ngoài không gian

Máy in 3D đầu tiên được đưa lên ISS vào năm 2014, một dấu mốc quan trọng trong lịch sử khám phá không gian của nhân loại. Các sứ mệnh sau này sẽ cần đến công nghệ in 3D để chế tạo vật liệu cần thiết cho sự sống.

Nuôi mô người ngoài không gian

Cơ sở Chế tạo Sinh học (BFF) trên ISS đang tiến hành nuôi mô người. Đây là một phần trọng dự án sử dụng công nghệ in 3D tạo ra nội tạng ở ngoài không gian, ở Trái đất quá trình này khá khó khăn vì trọng lực khiến thành phẩm bị co lại.

Nếu dự án thành công thì nội tạng có thể được tạo ra ngoài không gian rồi gửi về Trái đất.

Cho bộ đồ vũ trụ trôi nổi ngoài không gian

Năm 2006, các phi hành gia ISS cho bộ đồ vũ trụ Orlan của Nga (biệt danh Ivan Ivanovic hay Mr. Smith) trôi nổi ngoài không gian nhằm mục đích thử nghiệm xem liệu có thể tái sử dụng đồ vũ trụ làm vệ tinh thu phát tín hiệu hay không.

Thử nghiệm thất bại. Orlan trôi nổi trên quỹ đạo Trái đất suốt vài tháng trước khi lao xuống bầu khí quyển rồi bốc cháy vào tháng 9 cùng năm.

Tạo quả cầu nước bằng màu thực phẩm và viên sủi

Năm 2015, phi hành gia Scott Kelly phun một quả cầu nước trôi lơ lửng rồi dùng màu thực phẩm và viên sủi làm thay đổi màu sắc. Đội ngũ ISS quay lại toàn bộ quá trình bằng máy quay độ phân giải 4k.

Chất kết dính xương

Công ty khởi nghiệp RevBio đang thử nghiệm một chất kết dính xương trên ISS. Năm ngoái đơn vị này tuyên bố sản phẩm của mình sẽ giúp ích cho hơn 200 triệu người bị loãng xương trên toàn thế giới.

Vì môi trường không trọng lực làm giảm mật độ khoáng xương nên ISS là địa điểm lý tưởng để nghiên cứu bệnh loãng xương và phát triển phương pháp điều trị, theo RevBio. Kết quả thử nghiệm cũng có thể cung cấp thông tin giá trị cho loạt sứ mệnh không gian dài hạn sau này.

Robot không gian

Công tác lắp ghép và bảo trì ISS phụ thuộc rất nhiều vào công nghệ robot, vì vậy hạ tầng này góp phần thúc đẩy lĩnh vực tự động hóa phát triển.

Nhờ tài trợ từ Cơ quan Không gian Canada, công ty MDA đã cho ra đời 2 robot Canadarm2 và Dextre phục vụ ISS từ năm 2008 đến nay. Canadarm2 phụ trách di chuyển thiết bị, hàng hóa thậm chí cả phi hành gia, còn Dextre chuyên lắp đặt thiết bị nhỏ chẳng hạn như máy ảnh ở bên ngoài phòng thí nghiệm quỹ đạo.