“国际空间站”的十大研究成果

从远古时代开始，人类对宇宙的探索从未止步，不断产生新的发现，创造新的奇迹。与此同时，探索未知世界还为人类带来了巨大的经济财富、新的资源，并且催生一批先进技术。在载人航天领域也是如此，由于“国际空间站”（ISS）的建设、运行和发展，为人类带来了一批新技术和新成果。2013年9月在北京举办的第64届国际宇航大会上，美国航空航天局（NASA）“国际空间站”实验室首席科学家朱莉·罗宾逊（Ju lie Robinson）博士回顾了“国际空间站”取得的一系列科学成就，并且总结了其中最重要的十大科学成就。

第十：通过饮食和锻炼预防在太空中骨质流失的发生

航天员在太空环境下会出现骨质流失的现象，该问题在“国际空间站”的首飞任务中就被发现了。对于这个问题的研究从未间断，并在近几年达到了顶峰。在早期研究中，发现“国际空间站”航天员的骨密度流失率达到了每月1.5%。这个数据是非常惊人的，相当于更年期女性1年的骨质流失量。

早期“国际空间站”的研究人员在确定了流失率之后，发现锻炼有助于缓解骨质流失的程度。科学家们随后开始寻找通过饮食和锻炼预防骨质流失的方法，并且不断升级锻炼的器械。

科学家发现，通过一定周期的高强度阻力锻炼，辅以一定剂量富含维他命D的配餐，在太空生活过的航天员返回地球时不会损失大量的骨密度，这是解决方案之一。这种方法出现在“双子星座”任务之后，解决了人类在外太空长期生活的关键问题。

通过这项研究，我们能够更好地理解，在日常生活中伴随着人类的衰老，骨密度是如何发生变化的，以及如何避免由衰老引发的类似在太空这样情况的发生。今后，当妇女被诊断出患有骨质疏松症时，医生就可以告诉她们：“不用紧张，保持乐观的心情好好锻炼，规范饮食就可以了。”虽然目前将“国际空间站”上的研究成果应用在地球上的人类尚需时日，但这仍然是一项非常有前景的骨质疏松症解决方案。

第九：理解骨质疏松症的机理以开发新的治疗药物

“国际空间站”的第九项研究成果与第十项成果密切相关。AMGEN制药公司在“国际空间站”上对小白鼠做了一系列实验，这些实验的目标主要是研究空间环境对骨骼健康的影响，以及相关的治疗药物效果。这项研究被称为商业生物测试模块（CBTM），主要是验证骨保护素在微重力环境下对骨细胞骨基质维持效果。研究结果显示，经过骨保护素治疗的小白鼠，比未进行任务保护的小白鼠，其骨吸收明显降低。

目前，经过空间环境验证过的骨保护素已经研制出来了，并已进入地面临床试验阶段，以便更好地了解这种药物的特效。获得的试验成果在数年前就应用到了AMGEN公司的Prolia药物上。

第八：将超光谱成像仪用于海岸成像和海洋保护

第八项研究成果是一项非常有价值的研究，因为它突出了“国际空间站”作为对地观测平台的重要性。在这项研究里，“国际空间站”上携带了一台超光谱成像仪（H ICO），用于海岸成像和海洋保护。

超光谱成像仪收集从地球表面反射回来的光波，其特别之处在于能获得上百谱带，远远超过了遥感卫星，如“陆地卫星”（Landsat）上携带的对地观测设备所能吸收的8条不同谱带。从这些数百个不同的谱带获得的信息和细节，是无法从一般的遥感卫星数据中得到的。

通过超光谱成像仪，可以辨别海域中的沉积物和叶绿素。叶绿素是藻类的标志，说明其中有氮，即土壤中肥料的流失，这是判断水质量的重要标志。在含沙的海湾，通常分辨二者是非常困难的，海洋遥感学专家称之为“褐水”问题。

美国环境保护机构（EPA）使用超光谱成像仪研发出一个概念验证模型，用来帮助模拟和保护水资源。该机构研究人员通过搜集实时的观测数据，对数据进行整理、分析，以获得溶解的有机物质和叶绿素。这使得他们开发出一个模型，最终得出的结论是藻类已经大量繁殖，有可能对海洋生物造成威胁。

庚烷燃料燃烧及冷焰现象

第七：在电场环境下胶体自组装，制作纳米材料

在此之前，很多人不知道太空研究如何推动纳米技术的进步，这项研究着眼于在电场环境下如何进行胶体自组装。胶体是悬浮在溶液中微小的颗粒，这在洗涤剂、药物等家用产品和工业产品中是非常关键的。这里所述的胶体是一个独特的类型，即磁流变（MR）液体，可以在电场中改变它的粘度，甚至在纳米级改变它们的组装方式。

“国际空间站”上的微重力可以延缓这些胶体混合物的运动，使得研究人员可以了解它们是如何相互作用的，然后利用这些知识来控制地面上的微小颗粒。由于重力的作用，纳米粒子会沉淀得太快，因此这些实验没办法在地球上开展。

第六：发现冷焰燃烧新现象

冷焰燃烧是一个非常有趣的新名词，因为在科学领域，炙热火焰的温度一般在上千度，而冷焰是在600～800℃范围内。在“国际空间站”，航天员利用一个名为“燃烧集成机架”（CIR）的设备用于燃烧燃料的液滴，就像微重力火焰熄灭试验。

在庚烷燃料燃烧及冷焰现象图中，左为一个庚烷燃料燃烧的液滴，可以看出，它燃烧起来的球体并不像是蜡烛燃烧的火焰，因为在太空中没有密度或浮力驱动对流，这意味着暖空气不会像在地球上一样上升，因此可以得到这种蓝色的、球形的火焰。真正有趣的是在燃烧淬火之后发生的事。氧化作用停止后，火焰熄灭，然而在一段时间之后，研究人员发现了一点意外的残光。就是这点残光，比之前的燃烧温度要低，这样一个“冷焰”是前所未知的过程，因为在地球上这个过程发生得实在是太快了。目前，仍需对这种现象进行大量的分析和建模，但这表示它对地面上实现高效燃烧有很大帮助，只是需要一些时间，未来我们就能看到它们的研究结出硕果。

第五：细菌病原体在太空变得更加致命的途径

地面上的研究表明，一些细菌在进入太空之后可能会变得更加致命，特别是沙门氏菌。在美国，沙门氏菌感染每年导致15000人住院，400人死亡。研究人员发现，细菌确实在太空变得更易导致疾病。更重要的是，在微重力条件下，细菌的遗传通道打开了，这个通道相当于离子经过培养基的培养。在美国航空航天局后续的航天生命和物理科学计划的资助下，还对培养基中没有离子介质时观察细菌的致命性是提高了还是降低了。

当前，科学家们还在研究其他种类的细菌，试图了解这是否是一个普遍现象。如果是的话，这项成果是否能够应用在地球上，是否能够用来对抗疾病？

第四：4000万名学生参与“国际空间站”的应用和研究活动且不断增加

在科学领域，一旦一项研究成果发表出来，受其影响衍生的其他成果会呈指数级增长，这在教育领域也是一样。“国际空间站”每年都激励了成千上万的学生从事与数学和科学相关的职业。据统计，2012年“国际空间站”的合作伙伴来自44个国家、25000个学校、280万名教师和4310万名学生。这些学生通过了解航天员在“国际空间站”的生活，通过演示操作受到鼓励，激发他们参与相关教育计划的兴趣。据统计，有170万名学生实际参与到科学领域中来，他们中的很多人有可能就是未来航天研究机构和宇航公司的研究者。这是一项伟大的航天工程，鼓励数以百万的学生有志成为未来的航天科学家，因此该项成果被列入“国际空间站”的十大重要成果。

第三：阿尔法磁谱仪-2（AMS-2）实验在暗物质观测方面取得进展

阿尔法磁谱仪-2是最复杂的测量宇宙射线的磁体。目前，最先进的粒子物理探测器收集来自深空的颗粒，测量它们的能量，最重要的是确定它们的方向。粒子物理学家们认为这是目前最佳的理论，并且试图找到证据来验证它或者推翻它。一个新现象的出现，使得全世界的研究者都致力于研究暗物质和反物质，从而解决宇宙起源之谜。

诺贝尔奖得主丁肇中博士总结了他的研究结果：观测表明新现象确实存在，无论是从粒子物理学或是天体物理学的起源角度来看。实验结果符合宇宙中暗物质粒子碰撞湮灭产生正电子的理论，目前的研究还在继续，未来有更多的疑团有待揭开。

第二：机器人协助脑部手术

这项成果显示，我们可以把应用在空间站上的先进技术用于地面上。机器人可以辅助外科医生挽救患者的生命，使得脑肿瘤等疾病得以医治。这项成果不仅是先进航天技术的衍生品，而且使之能够在地面上为人类所用，未来有可能挽救众多的生命。

“国际空间站”上的机械臂技术由加拿大的麦德公司（MDA）研发，机械臂必须非常灵活才能顺利完成一系列组装和装配工作，并且在面临辐射的环境下继续工作。这些特性使得这项技术能够转化为在地面上使用的，协助外科医生完成手术操作。

第一：化疗药物新型靶向输送方法目前正在用于乳腺癌临床试验

这个新方法未来有可能改变人类治疗乳腺癌的途径。之所以这项成果列为十大成果之首，主要是因为乳腺癌实在太可怕了，已经夺走了成千上万人的生命。

这项研究始于2002年，航天员佩吉·惠特森（Peggy W hitson）在“国际空间站”上第一次完成了相关实验，将一定份量的化疗药物装在微型胶囊里，并且找到一个新型的输送方法。一些研究模型显示，如果没有重力的影响，装有化疗药物的微型胶囊能够更加简单的直达肿瘤部位。但问题是在地面上很难做到空间站上的微重力环境。因此，科学家们未来5年的工作目标是找到一种新的手段，在地面实验室的环境下研制出数量和纯度都满足要求的微型胶囊，这些技术已经授权给一家商业公司，可能还需要10年才能真正大规模付诸临床治疗。