Aktiviteter og forskning på ISS

Main image kapitel
Danmarks første ESA-astronaut, den 38-årige Andreas Mogensen besøger her Ålborg Universitets satelitlaboratorium. Andreas Mogensen skal efter planen sendes op til den internationale rumstation ISS i september 2015.
Danmarks første ESA-astronaut, den 38-årige Andreas Mogensen besøger her Ålborg Universitets satelitlaboratorium. Andreas Mogensen skal efter planen sendes op til den internationale rumstation ISS i september 2015.
Foto: Henning Bagger / Scanpix

Hvordan er ISS opbygget?


ISS er grundlæggende bygget op af moduler, der er konstrueret så de passer ind i en rumfærges lastrum. På den måde folder f.eks. solpanelerne sig først ud, når de er monteret. Selve solpanelerne, der leverer strømmen til stationens store energiforbrug, består af mere end 260.000 celler. Når ISS befinder sig i Jordens skygge, skiftes der dog til batterier. Den store tværgående bom holder bl.a. sammen på forskningsmoduler og solpaneler og bærer samtidig en avanceret kran, der er udviklet i Canada. Robotarmens ’hånd’ er forsynet med belysning, videokameraer, boremaskiner, skruetrækkere og andet værktøj, og sensorerne på ’fingrene’ kan næsten give astronauten en fornemmelse af tastefølelse. Ved hjælp af hånden kan astronauterne styre f.eks. sammenkoblinger og reparationer uden at skulle begive sig ud på risikable rumvandringer.

Hvilke særlige videnskabelige muligheder giver ISS?

Videnskabsmænd har i århundreder, og særligt i løbet af de sidste hundrede år, foretaget forsøg for at forstå diverse dagligdags fænomener. Der er gennem tiderne blevet foretaget utallige forsøg med opvarmning og nedfrysning, lavet undersøgelser med forøget tryk, tilsat lys eller vand, fjernet ilt og skabt vakuum osv. Det har dog aldrig været muligt at foretage forsøg, uden at tyngdekraften har påvirket resultaterne. At efterligne vægtløshed over en længere periode er nemlig først blevet muligt nu, hvor man med ISS har fået en permanent rumstation.

Hvad er mikrogravitation?

Mikrogravitation er, når tyngdekraftens virkning er meget svag. Tyngdekraften er den kraft, der får os til at falde tilbage på Jorden, når vi hopper, den holder Månen i sin bane rundt om Jorden og Jorden på plads rundt om solen. På den måde spiller tyngdekraften en rolle overalt i universet.

På ISS er tyngdekraften stadig betydelig, da rumstationen kun befinder sig omkring 400 km over Jorden. Det er ikke på grund af den formindskede tyngdekraft, at astronauterne flyder rundt, og at der for dem ikke er forskel på op og ned. Det skyldes derimod, at rumstationen teknisk set er i frit fald mod Jorden, uden dog nogensinde at ramme den. Det svarer til den korte oplevelse af vægtløshed, man kan opleve i forlystelsesparker, når man falder frit under en rutsjebanetur. Kaster man et æble på jorden, falder det med kraften 1g. Hvis en astronaut kaster et æble på rumstationen, falder det ligeledes. Det ser blot ikke sådan ud, da æblet, astronauten og rumstationen også falder på samme tid. Forskellen er, at de ikke falder mod Jorden, men omkring den, og da alle falder med samme hastighed, ser det ud, som om de forskellige objekter flyder i en tilstand, der kaldes ”zero gravity”. Tyngdekraften trækker som sagt rumstationen ned mod Jordens overflade, men den bevæger sig med så høj en hastighed – ca. 7 kilometer i sekundet – at faldets kurve svarer til Jordens krumning. Den falder så at sige rundt om planeten. Dette fald forårsager, at der opstår vægtløshed.

Hvorfor forskes der specielt i mikrogravitation?

ISS bruger meget tid på at udforske dette fænomen, da det er afgørende at forstå, hvis man for eksempel vil gennemføre en rummission til Mars. En sådan mission – inklusiv turen ud og hjem – vil vare et år til halvandet. Forskningen på ISS hjælper med at finde ud af, hvad der sker med mennesker og ting, når de opholder sig i vægtløs tilstand over længere tid. I denne tilstand er der ingen belastning på den menneskelige krop, hvorfor f.eks. knoglerne nedbrydes, da de ikke producerer den nødvendige kalk. Tilmed forfalder musklerne, fordi de ikke bruges, da det kun kræver en berøring med fingerspidserne at flytte hundredvis af kilo. Rygraden belastes heller ikke og vil derfor strække sig, hvorved mennesket bliver 5-10 cm længere.

Af samme grund skal astronauterne, mens de opholder sig på ISS, hver dag bruge 2-2½ timer af deres tid på at træne for at holde deres muskler ved lige og undgå nedbrydning af deres knogler. Denne tid ville astronauterne optimalt set kunne bruge til forskning, og derfor forsker man på ISS i, hvordan man på anden vis kan undgå, at astronauternes kroppe forfalder, mens de befinder sig på rumstationen. Den danske astronaut Andreas Mogensen, som var på en 10-dages mission på ISS i 2015, testede derfor en specialdesignet, intelligent dragt, der kunstigt kan sørge for, at blodet bliver pumpet fra fod til hoved og dermed afhjælpe af astronauternes kroppe forfalder. Desuden opfører f.eks. ild og vand sig helt anderledes i vægtløs tilstand, ligesom krystaller gror bedre og danner mere perfekte former.

Hvad er det overordnede formål med forskningen på ISS?

ESA fremhæver på sin hjemmeside (se kilder), at det overordnede formål er at give svar på følgende hovedspørgsmål for rumforskningen:

· Hvordan udviklede vores jord og vores solsystem sig?

· Hvor er vi i universet?

· Hvor bevæger vi os hen?

· Hvor kom livet fra, og er vi alene?

Hvad er fokusområderne for forskningen på ISS?

ESA anfører følgende forskningsområder:

· Menneskets helbred

· Aldring

· Planter

· Opretholdelse af livets daglige funktioner

· Eksobiologi (mulighed for liv i ekstreme miljøer – f.eks. i rummet)

· Fysik og materialeforskning

· Stråling

· Teknologi

Hvad omfatter ISS-forskningen i den menneskelige krop?

Den menneskelige mekanisme er fra naturens hånd tilpasset livet på Jorden og Jordens tyngdekraft. At overleve i vægtløs tilstand har derfor krævet, og kræver stadig, en grad af forståelse og forbedring af metoder og yderligere forskning for at kunne lade sig gøre. Denne forskning kommer umiddelbart den jordiske forskning i den menneskelige mekanisme til hjælp.

Forskerne kan sammenligne resultater fra parallelle forsøg, hvilket allerede har givet overraskende resultater. Der bliver foretaget talrige forsøg med organer og helt ned på celleniveau, da det er vigtigt at finde ud af, hvordan man kan reducere astronauternes tab af muskelmasse. Et forsøg med en orm viste, at dens muskelmasse ikke formindskedes, men tværtimod forøgedes i vægtløs tilstand. Forskerne forsøger nu at afdække mekanismen bag dette fænomen.

Ligeledes retter forskningen sig mod blodcirkulationen, da det har vist sig, at efter blot 10 dage i rummet er kroppens forsvar mod betændelser nedsat, og risikoen for blodpropper er tilmed muligvis forøget. DAC (Danish Aerospace Company) forsker specielt i, hvorfor astronauterne har øget tendens til at udvikle hovedpine.

Hvad kan ISS undersøge om menneskets aldring?

Hvis forskning i aldring – forstået som undersøgelse af muskel- og knogletab samt forhold angående hjerte og blodårer – skal foretages på Jorden, vil det strække sig over årtier og være meget dyrt. Men under et forholdsvist kort ophold på rumstationen kan man opnå resultater svarende til en normal aldringsproces, hvorfor det er oplagt at studere aldringsprocesser i et miljø, hvor de bliver accelereret. Dette kan måske gøre det muligt at besvare spørgsmål som, hvordan man får en mere og mere stillesiddende befolkning med stigende middellevetid til at bevare et godt helbred. Besætningen på ISS er ’stillesiddende’ på grund af deres vægtløshed, men vender dog tilbage til normal tilstand, når de kommer ned på Jorden igen.

Måske kan denne forskning være med til at udvikle medicin, der kan nedsætte hastigheden af aldringsprocessen.

Hvad omfatter ISS-forskningen om planter?

At kunne dyrke planter i rummet vil være nødvendigt, hvis mennesket skal udforske det yderligere. Stilke og blade gror mod lyset og modsat tyngdekraften, hvorimod rødderne gror med tyngdekraften. Der forskes således i, hvordan planter gror i vægtløs tilstand. Desuden laves der undersøgelser af, hvordan planter reagerer på forskellige længder af lysbølger. Dette er det ikke muligt at forske i på Jorden, da tyngdekraften skævvrider resultaterne.

Forskning med planter kan give grundlæggende viden om, hvordan man kan dyrke en rumhave f.eks. i forbindelse med en mission til Mars. Samtidig kan den give viden om, hvordan vi på Jorden kan konstruere mere effektive drivhuse, der selv med meget lidt plads og meget lidt lys kan give stort udbytte.

Hvad handler ISS-forskningen i dagligdagens behov om?

MELISSA er en forkortelse for ”Micro-Ecological Life Support System Alternative”, som kan oversættes til 'et alternativt mikrobiologisk selvsupplerende system til opretholdelse af menneskeligt liv. Det hold af astronauter, der beskæftiger sig med MELISSA, forsker – ved hjælp af mikrobiologiske celler, kemikalier, katalysatorer, alger, planter og bakterier – i at finde frem til et selvforsynende system, der via et aldrig afsluttet, lukket system kan levere forsyninger af vand, mad og ilt til astronauter, der er på en længerevarende rumrejse eller befinder sig på en base på Månen eller Mars. Det meste af drikkevandet på ISS er allerede genbrugsvand udvundet af urin, kondens og andre kilder, men det har stadig behov for at få renset filtrene og blive fyldt op med nyt vand. Disse test med lukkede systemer foregår både på Jorden og i rummet. Håbet er, at forskningsresultaterne kan øge muligheden for, at mennesket kan overleve på en fjern planet eller i en ørken med meget lidt vand. MELISSA har i øvrigt som et biprodukt af denne forskning udviklet en sensor, der kan kontrollere væksten af den gær, der producerer alkoholen og boblerne i vin.

Hvad omfatter ISS-forskningen i eksobiologi?

Eksobiologi er læren om livsbetingelser i verdensrummet, og ifølge ESA’ s hjemmeside (se kilder) beskæftiger man sig med dette bl.a. med følgende spørgsmål:

· Hvad er grænserne for liv?

· Kan liv forplante sig i universet?

· Hvor kommer livet fra?

· Hvordan kan vi undgå at forurene de planeter, vi udforsker?

· Hvordan kan vi beskytte livet på Jorden?

Der er foretaget mange forsøg uden på ISS, som har besvaret nogle af spørgsmålene delvist. Forsøg har blandt andet vist, at modsat mennesket kan visse organismer overleve ubeskyttet i rummet. Det gælder f.eks. en art af lav, der under et forsøg blev befandt sig i 18 måneder i ISS’ udvendige laboratorium uden at dø. Lavet fortsatte i stedet med at vokse normalt, da det blev transporteret tilbage til Jorden. Det samme gjaldt små organismer som bjørnedyr, der også vendte sunde og raske tilbage til Jorden. Bjørnedyr hører til de mindste flercellede dyr, der findes. De er fra 0,05 mm til 1,5 mm store og findes overalt på Jorden.

Et eksempel på et mere specifikt forsøg på dette felt er den nyudviklede kasse til forskning af bananfluer. De er særligt egnede til forsøg – også på Jorden – på grund af deres hurtige generationsskifte. Kassen består af et rum til bananfluerne, et kamera til videooptagelser og et kommunikationsmodul med sender, så forskerne på Jorden kan følge med i vægtløshedens påvirkning af fluerne gennem generationer. Kassen måler blot 10 gange 10 centimeter, og astronauterne skal blot forsyne fluerne med lidt mad af og til.

Hvad omfatter ISS-forskningen i fysik og materialekundskab?

Også på dette forskningsfelt spiller vægtløsheden en afgørende rolle. Forsøg foretaget på Jorden har forsøgt at opklare, hvordan tilblivelsen af et stof foregår under indflydelse af tyngdekraften. Dette er endnu ikke helt klarlagt. Astronauterne undersøger effekten af vægtløshed på mikro-metalstrukturer, specielt flydende metaller, der danner legeringer. Disse rum-metallegeringer kan allerede findes i jetmotorers turbineblade eller i højfølsomme røntgenapparater, der bruges til at stille medicinske diagnoser.

Hvordan plasma opfører sig i vægtløs tilstand, har stor betydning for f.eks. fødevareindustrien og olieindustrien. Derfor forskes der i plasma, som sammen med gas, flydende form og fast form, udgør den fjerde form, et stof kan antage. Plasma kan forekomme som skum, bobler og emulsioner (en blanding af to væsker, hvoraf den ene er fordelt som fine, mikroskopiske dråber i den anden).

Hvad omfatter ISS-forskningen i stråling?

Uden for Jordens beskyttende atmosfære er ISS udsat for rummets farlige omgivelser. Denne udsatte position gør det muligt at studere solen og strålingen fra rummet over en længere periode. Strålingsniveauet i rummet er 15 gange højere end på Jorden, men rumstationens konstruktion afværger det værste for astronauterne. Derimod kan f.eks. solpaneler og elektroniske komponenter tage skade. At forstå strålingens indvirkning på rumstationen og på den menneskelige mekanisme er altafgørende, hvis mennesket skal kunne bevæge sig længere ud i rummet.

Studiet af solen hjælper med at forbedre klimamodeller og fremtidige klimafremskrivninger. Det øger også muligheden for at kunne forbedre designet af satellitter og derved forlænge deres levetid.

Hvad omfatter ISS-forskningen i teknologi?

Den teknologiske forskning på ISS handler bl.a. om fjernstyrede køretøjer. Her forbindes astronauten med maskiner på Jorden ved hjælp af en skærm og et joystick. Målet er, at astronauten skal kunne føle det, robotten på Jorden ’føler’. Dette kan på Jorden bruges til fjernkirurgi og til at styre fartøjer i barske omgivelser. Desuden testes hardware til energispareforsøg og til overvågning af verdens skibstrafik.

For at astronauterne kan have deres hænder frie, forskes der i, hvordan astronauterne kan undgå at skulle slå op i manualer undervejs i deres arbejde. Mange forskellige teknikker skal arbejde sammen, for at det kan lykkes.

Et mere specifikt eksempel på forskning er, at ISS bruges til en eksperimentel undersøgelse, hvor teorien om en mulig 5. dimension testes. ISS bruges som mål for en laserstråle sendt fra den anden side af solen. Man vil prøve at påvise, at laserstrålen afbøjes af solens tyngdekraft. Dette er kun muligt, fordi ISS befinder sig uden for Jordens forstyrrende atmosfære.

ISS er desuden blevet brugt som mellemstation eller endestation for ubemandede ekspeditioner til Venus og Mars, der har som formål at få bekræftet eller afkræftet tilstedeværelsen af astrobiologisk materiale/liv på disse planeter. Livet kan enten stamme fra atmosfæren (Venus) eller fra selve planeten (Mars).

Hvordan kan en ISS-astronauts arbejdsprogram se ud?

Astronauternes hverdag er minutiøst planlagt. De er dyre i drift, og så meget som muligt af deres tid skal anvendes til forskning. Der skal dog være tid til andre ting, eksempelvis otte timers søvn indledt af en times nedtrapning, 2-2½ timers motion og privat tid til at tale med familien på Jorden.

Den tyske astronaut Alexander Gerst var på ISS i 165 dage. Han deltog i omkring 100 forsøg, der spændte over områder som: test af lette, men meget stærke materialer under vægtløshed, studier i emulsioner (se ovenfor) og plasma i vægtløs tilstand, udforskning af materialer til beskyttelse mod stråling af fremtidige rumskibe, studier i aldersrelaterede sygdomme som knogleskørhed og svimmelhed og endelig forsøg inden for det astrobiologiske felt, der ifølge det tyske rumfartscenter DLR’s hjemmeside (se kilder), indbefatter, at levende organismer udsættes for betingelserne i rummet udenpå ISS.