¿Cómo realizar experimentos de productos en Space Factory?

Científicos estadounidenses están realizando actualmente investigaciones sobre "crear un mundo tangible con sonido". El trasfondo de esta investigación es el entorno espacial.

Esta investigación se originó a partir de la idea caprichosa de un grupo de estudiantes de posgrado: ¿Se puede crear un objeto tridimensional sólido usando solo sonido?

Esto puede parecer irrazonable, pero estos estudiantes graduados del Instituto de Tecnología de Georgia en los Estados Unidos creen que esta idea no es en absoluto una esperanza. Planean construir una "fábrica de sonido" en el transbordador espacial estadounidense que será lanzado el próximo año para llevar a cabo este experimento.

El éxito de este experimento preliminar hasta ahora ha sorprendido a todos los involucrados. Cada año, la NASA organiza un período de tiempo para que los estudiantes realicen algunos experimentos prometedores en el avión KC-135. Cada tiempo de vuelo del avión KC-135 dura de 2 a 3 horas, durante las cuales el avión recorre entre 40 y 60 trayectorias parabólicas. En cada vuelo parabólico, los investigadores permanecen en estado de ingravidez durante unos 30 segundos. ambiente especial.

El plan de este grupo de estudiantes de posgrado comenzó así: encontraron a Comeras, profesor del Departamento de Ingeniería Espacial del Instituto de Tecnología de Georgia, como su mentor, y partieron de un libro llamado "Oportunidades". para la Investigación Académica en Ingravidez" Encontré un tema de investigación en mi libro: usar sonido para hacer levitar un pequeño trozo de materia en una habitación. La idea es realmente derretir una sustancia y luego enfriarla en un estado ingrávido, permitiéndole formar una bola. Los científicos creen que una vez que los experimentos de los estudiantes tengan éxito, supondrán un gran impulso para la industria de fabricación de instrumentos de precisión.

Los científicos dicen que esta idea es en realidad un fenómeno de "levitación del sonido" y la investigación es posible. En una habitación sellada, las ondas sonoras viajan desde la pared frontal a la pared trasera y luego se reflejan hacia atrás, superponiéndose con nuevas ondas sonoras. Si la longitud de la habitación es exactamente la misma que la longitud de onda del sonido, la onda sonora emitida y. la onda de sonido reflejada se producirá al mismo tiempo. Combinada en una "onda vertical", esta "onda vertical" es silenciosa. Cualquier objeto que una vez esté en la posición de una "ola vertical" tendrá dificultades para moverse debido a la alta presión del aire circundante.

Después de cálculos detallados, el equipo de investigación liderado por Comelas descubrió que si la frecuencia del sonido es la correcta, se formará un área plana y silenciosa donde la presión del aire es más pequeña, corriendo verticalmente a través de la habitación. Los científicos creen que sería impensable que esta situación se produjera en una sala de conciertos, porque significaría que habría una fila de oyentes que no podrían oír nada. Pero en una habitación sin gravedad, sólo hay un resultado: una "levitación sonora" que hace que la materia forme "una pared". Kommeras se dio cuenta de que de esta manera se podía formar algún tipo de material sólido, lo que llevó a la idea de la "formación de ondas sonoras".

Kommeras dijo que realizar un experimento de este tipo es muy sencillo: basta con utilizar la ecuación de Helmholtz para seleccionar una frecuencia de sonido adecuada para una habitación determinada y luego darle al material la forma deseada. Los científicos calcularon que cuando la frecuencia del sonido es de 800 Hz o 1600 Hz, el área silenciosa es exactamente tan amplia como la habitación. Sin embargo, el proceso de verificación real es arduo.

Los estudiantes hicieron una simple caja de plástico para "dar forma sónica", montaron un amplificador estéreo doméstico en el interior de la caja y luego vertieron un poco de poliestireno, de sólo unos pocos milímetros de diámetro, en la caja. Pellets de vinilo. Amplificaron el sonido lo máximo posible, pero las bolas no se movían. Cambiaron varias veces el altavoz, pero el balón seguía indiferente. Los científicos creen que esto puede deberse a que la caja no está insonorizada. No fue hasta abril de 1997 que los investigadores realizaron los primeros experimentos con cajas insonorizadas en el transbordador espacial. Cuando el transbordador espacial inició su primer vuelo parabólico, los investigadores estabilizaron la frecuencia del sonido en 800 Hz. Cuando el transbordador espacial se deslizó libremente durante unos segundos, las bolas de poliestireno de la caja se levantaron y formaron una pared. ¡El experimento fue un éxito! Posteriormente, los investigadores realizaron siete experimentos más en el espacio. En un caso, mezclaron espuma de poliestireno, ingredientes de pastelería y restos de otras sustancias en una caja y descubrieron que las mezclas de diferentes sustancias se agrupan más fácilmente que las sustancias individuales. Clave para la técnica de utilizar el sonido para darle forma a los compuestos. Kommeras estaba convencido de que si se utilizaba una caja del tamaño adecuado y la frecuencia adecuada de ondas sonoras, se podían crear una amplia variedad de formas a partir de la materia.

Se informa que para ayudar a los científicos en la realización de este experimento, la NASA ha reservado especialmente un espacio para el experimento en el transbordador espacial. En marzo del próximo año, los investigadores llevarán a cabo otro experimento en el espacio para demostrar que no sólo se pueden producir formas tridimensionales, sino que también son duraderas y resistentes. En ese momento, en un cilindro con una altura de 30 cm y un diámetro de 4 cm, las ondas sonoras harán que la colofonia en polvo forme un disco con un diámetro de 2,5 cm. Luego, los investigadores aplicarán pegamento al disco y calcularán con precisión. el tiempo, lo que garantiza que el pegamento haya penetrado en la colofonia y se haya solidificado cuando la lanzadera vuelva a entrar en la atmósfera. El experimento está diseñado para comprobar si los materiales fabricados en el espacio pueden soportar la presión atmosférica, lo cual es clave para la aplicación de esta tecnología. Kommeras ve esto como el primer paso hacia el establecimiento de una "fábrica de sonido" permanente en el espacio.

Comelas cree que utilizar el espacio como base y aplicar la tecnología de "formación de ondas sónicas" al diseño y fabricación de aviones hará que la industria de fabricación de aviones sea extremadamente competitiva en el mercado. Kommeras también dijo que mientras las materias primas estén en su lugar y no se necesiten accesorios, la "fábrica de sonido" espacial puede fabricar de manera simple y rápida instrumentos o piezas complejos y precisos según sea necesario, y luego transportarlos a la Tierra.

Aunque el Instituto de Ciencia y Tecnología de Georgia actualmente no proporciona financiación para la investigación científica del proyecto, y las aerolíneas u otros socios potenciales no están dispuestos a financiar esta investigación, Comeras sigue siendo optimista al respecto. Él cree que en el futuro cada vez más personas se trasladarán al espacio y necesitarán construir laboratorios, oficinas, fábricas y hogares en el espacio. Si los materiales de construcción se transportan al espacio a través del transbordador espacial, no sólo llevará varios años, sino que también será costoso: el costo actual de lanzar un objeto a una órbita fija en el espacio es de 10.000 dólares por kilómetro. Una "fábrica de sonido" construida en el espacio resolverá estos problemas. Mientras tengas materias primas, como minerales de la luna, un taller del tamaño de un baño, un micrófono y una computadora, podrás hacer lo que quieras.

Una empresa cervecera japonesa anunció que planea elaborar el primer lote de "cerveza espacial", que se elaborará con cebada una vez almacenada en la Estación Espacial Internacional.

Los investigadores dicen que este proyecto será parte de la futura expansión de la vida humana en el espacio. Es probable que cuando los astronautas completen una dura caminata espacial, beban cómodamente un vaso de cerveza fría. La cervecería japonesa Sapporo dijo que el primer lote de cerveza espacial podría elaborarse a partir de granos de cebada de tercera generación que fueron almacenados en la Estación Espacial Internacional durante cinco meses en 2006. Junichi Ichikawa, director de la cervecería, dijo a los periodistas: "Esperamos completar la elaboración de la cerveza en noviembre de este año, ¡y entonces las agencias espaciales tendrán la suerte de probar la primera cerveza en el espacio!"

El personal de Sapporo Brewery dijo que la compañía tendrá suficiente cebada espacial para producir 100 botellas de cerveza, pero no tiene planes directos para poner cerveza espacial en ventas comerciales. Se entiende que la empresa ha logrado una cooperación técnica con el profesor asociado Manabu Sugimoto, biólogo de la Universidad de Okayama en Japón. Ha participado en la realización de un programa espacial ruso sobre cómo cultivar plantas comestibles en el espacio. Señaló que la cebada puede crecer en ambientes hostiles, como temperaturas más altas y más bajas, y es rica en fibra y nutrientes, lo que la hace ideal para la agricultura espacial. En el futuro, podremos extender nuestro tiempo de supervivencia en el espacio y cultivar para sustentarnos.

Hasta ahora, los científicos no han encontrado ninguna diferencia entre la cebada cultivada en la Tierra y en el espacio. ManabuSugimoto presentará el análisis de ADN de la cebada espacial en este estudio a una conferencia de investigación canadiense en julio. Dijo: "Finalmente, espero que nuestra investigación espacial no sólo pueda producir comida espacial, sino también que le guste la comida espacial y aprender a disfrutar de la vida espacial".

Sevastyanov, líder de la Russian Dynamic Rocket and Space Company, declaró al mundo exterior que la futura Estación Espacial Internacional se convertirá en una auténtica fábrica de procesamiento espacial.

Nikolai Sevastyanov dijo que en el futuro considerarán hacer de la Estación Espacial Internacional un puerto espacial donde los astronautas en misiones espaciales no solo puedan trabajar y vivir, sino también poder participar en otras actividades de investigación científica en pequeños espacios. fábricas y laboratorios conectados a la Estación Espacial Internacional.

Para realizar este plan, la Compañía Rusa de Cohetes y Espacio "Dynamic" y la Oficina Central de Diseño Especial "Progress" implementarán conjuntamente un proyecto llamado "Eye". Para ello también formarán a un gran número de jóvenes astronautas.

Según los planes actuales, la Estación Espacial Internacional estará terminada en 2011. Antes de esto, Estados Unidos planeaba realizar 14 misiones para completar la construcción de la estación espacial, incluido el módulo experimental "Columbus" proporcionado por Europa y el módulo experimental "Hope" construido por Japón. Estos módulos experimentales valorados en cientos de millones de dólares ampliarán enormemente las capacidades experimentales de la estación espacial y proporcionarán trabajos de investigación clave para los aterrizajes humanos en la Luna y Marte, como la medicina espacial y la protección radiológica.

Se puede decir que China está a la vanguardia mundial en el uso del espacio para producir drogas.

Cada vez que se lanza una nave espacial en nuestro país, muchos tipos de criaturas tienen la suerte de meterse en el espacio limitado de la cabina de recuperación de la nave espacial después de la estricta aprobación de los departamentos pertinentes. ¿Están los científicos simplemente dando a estas criaturas la oportunidad de viajar al espacio? Aparentemente no. Cuando estas criaturas llegaron al suelo, los científicos descubrieron que habían sufrido cambios extraños. El entorno espacial libre de gravedad y de convección de aire ofrece buenas condiciones para la fabricación de nuevos medicamentos. Por ejemplo, el interferón se produjo a partir de células biológicas mediante tecnología de ingeniería genética en los Estados Unidos a finales del siglo XX. La pureza es muy baja porque es necesario separarlo de una mezcla de más de 100 células biológicas más. tenga mucho cuidado y muy rápido, de lo contrario la mezcla en la solución subirá o se hundirá fácilmente. Como no hay gravedad en el espacio, este problema no ocurre. Los científicos creen que la pureza del interferón producido en el espacio es entre 100 y 400 veces mayor que la producida en la Tierra.

Cada vez que nuestro país lance la nave espacial de la serie Shenzhou, llevará unos pequeños tubos de ensayo que contienen microorganismos. Después de que estos tubos de ensayo viajan por el espacio durante varios días, los microorganismos que contienen se convierten en una fuente valiosa para los científicos que buscan nuevos medicamentos. ¿Cómo ocurrió este extraño cambio? Dado que el entorno en el espacio es muy diferente al de la Tierra, los organismos son propensos a sufrir algunas mutaciones genéticas bajo la influencia de este entorno especial. A veces los humanos queremos que los organismos crezcan hasta convertirse en lo que queremos ver, como pimientos verdes, tomates y otras frutas y verduras. Esperamos que sean más grandes y mejores. Desde el punto de vista científico, esperamos que sus genes puedan mutar. Esta dirección. Espacio El medio ambiente cumple exactamente con este requisito de los científicos.

Los microorganismos son actualmente la principal fuente de medicamentos. Sin embargo, debido a que la capacidad de producción de algunos medicamentos es muy limitada, son costosos. Por ejemplo, el medicamento contra el cáncer paclitaxel cuesta alrededor de 5 millones de dólares por kilogramo de producto terminado. Si se descubre un microorganismo mutado que pueda producir paclitaxel en grandes cantidades, supondrá una reducción importante de los costes farmacéuticos en el futuro. Ésta es la razón por la que los microorganismos se transportan a bordo de la nave espacial "Shenzhou". Si bien las partículas de alta energía causan radiación a los astronautas, también dañan el material genético (ADN) de semillas o microorganismos. Estos daños provocan cambios en la apariencia o la capacidad de producir medicamentos de las plantas o microorganismos.

Algunas personas cuestionan la reproducción de mutaciones espaciales, pensando que es increíble que puedan ocurrir mutaciones genéticas simplemente viajando en el espacio, y que estas mutaciones sean beneficiosas para los humanos. Esto es un malentendido. Las semillas o microorganismos que sufren mutagénesis aeroespacial en el espacio pueden sufrir mutaciones en tres direcciones: para bien, para mal, permanecen sin cambios o mueren prematuramente. Los productos farmacéuticos espaciales encuentran muy pocas cepas que muten en una mejor dirección entre una gran cantidad de microorganismos mutados y luego las cultivan.

El espacio exterior tiene muchas propiedades que no se pueden ver, tocar ni sentir en el suelo. Por ejemplo: ingravidez, radiación cósmica, vacío, baja temperatura, etc. Éstas son las condiciones ideales para la reproducción por mutaciones.

Las investigaciones muestran que los principales factores que causan la mutagénesis en el entorno espacial son los rayos cósmicos y la microgravedad. El mecanismo es que las partículas de alta energía causan daño al material genético biológico (ADN), lo que resulta en mutaciones hereditarias en los organismos. La microgravedad aumenta la sensibilidad de los materiales vegetales a factores mutagénicos, agravando el daño del ADN cromosómico y aumentando la aparición de mutaciones. La microgravedad también tiene un impacto significativo en la distribución de hormonas vegetales, la distribución de iones de calcio y la estructura celular. Las investigaciones también muestran que la microgravedad puede interferir con el funcionamiento normal del sistema de reparación de daños en el ADN, es decir, dificultar o inhibir la reparación de roturas de las cadenas de ADN.

Estados Unidos y la antigua Unión Soviética estudiaron principalmente el impacto de la variación bacteriana en la salud de los astronautas, ignorando la aplicación de esta variación en la reproducción de mutaciones. Por ello, nuestro país está a la vanguardia mundial en este sentido.

Estados Unidos y la antigua Unión Soviética descubrieron muy pronto la variabilidad de las plantas y los microorganismos en el espacio.

Sin embargo, conceden gran importancia a la teoría básica y la investigación médica espacial, y prestan más atención al impacto de esta mutación en los astronautas, mientras ignoran la aplicación de la reproducción de mutaciones espaciales. Por ejemplo, estudian la mutación de E. coli para evitar que la E. coli mutada no pueda coexistir pacíficamente con los astronautas y cause riesgos para la salud de los astronautas.

En términos de investigación de ciencias de la vida espacial, mi país comenzó antes la investigación sobre reproducción de mutaciones espaciales. En diciembre de 1986, la Conferencia Xishan de Beijing decidió utilizar satélites para transportar materiales biológicos para la investigación de biología espacial. Debido a los logros de mi país en la reproducción de mutaciones espaciales, la comunidad internacional ha comenzado a prestar atención a este aspecto del trabajo. Rusia, Bulgaria, Filipinas y otros países y regiones requieren cooperación con nuestro país.

En vuelos anteriores de "Shenzhou", "Shenzhou 1" transportaba principalmente un microorganismo que produce estatinas para reducir los lípidos; "Shenzhou 2" transportaba principalmente un microorganismo que produce el fármaco anticancerígeno paclitaxel.

Después de ser transportado a bordo del "Shenzhou 1" y examinado en tierra, los investigadores chinos han obtenido una cepa mutante del hongo que produce estatinas. La producción de otras estatinas se ha más que duplicado, y la producción de selenio. La tolerancia también se ha mejorado significativamente. La deficiencia de selenio puede provocar niveles elevados de colesterol en sangre. Las estatinas pueden mejorar la función de las células endoteliales, aumentar la producción de óxido nitroso, dilatar los vasos sanguíneos y mantener la suavidad del endotelio vascular. La cepa no mutada produjo una baja producción de estatinas y los altos niveles de selenio provocaron la muerte de la cepa.

La buena noticia es que la droga espacial "Shenzhou 3", que ha transportado la serie de naves espaciales "Shenzhou" cinco veces, se ha puesto en producción en masa en Yangling, Shaanxi y en algunas provincias. las ciudades ya pueden conseguirlo en farmacias y seguros médicos. El hospital ha comprado "medicina espacial" de alta tecnología, pero sólo un pequeño número de personas ricas en el extranjero pueden tomar este medicamento especial.

"Shenzhou 3" es la primera droga espacial de mi país con derechos de propiedad intelectual independientes. La cepa de estreptococo α-hemolítico utilizada para producir las materias primas y el líquido oral de "Shenzhou 3" es una cepa beneficiosa extraída del cuerpo humano. Incluyendo "Shenzhou 6", estas cepas se han transportado en las cinco naves espaciales de la serie "Shenzhou". veces y 4 satélites experimentales de ciencia y tecnología retornables en el entorno especial del espacio, las cepas sufren mutaciones genéticas, cultivando así mejores cepas con más funciones, que pueden usarse para el tratamiento auxiliar de tumores, mejorando las células madre hematopoyéticas de la médula ósea y regulando el cuerpo. inmunidad. Actualmente, este tipo de medicina espacial se puede adquirir en Shaanxi, Sichuan y otras provincias.

Puntos de conocimiento

Alto vacío

El vacío es un estado del espacio en el que no existe materia y es un fenómeno físico. En un "vacío", el sonido no se puede transmitir porque no hay un medio, pero el vacío no afecta la transmisión de ondas electromagnéticas. De hecho, en la tecnología del vacío, el vacío se refiere a la atmósfera que parte del material dentro de un espacio específico se descarga de manera que la presión sea menor que una presión atmosférica estándar. Entonces generalmente llamamos a este espacio vacío o estado de vacío. El vacío suele utilizar Pascal o Torr como unidad de presión. Actualmente, en el entorno natural, sólo el espacio exterior puede considerarse el espacio más cercano al vacío.

El vacío tiene las siguientes propiedades:

1. El vacío no es nada Si no hay partículas en el vacío, mediremos con precisión el campo (0) y la curvatura cambiante. del campo (0). Sin embargo, el principio de incertidumbre de Heisenberg muestra que nos es imposible medir con precisión un par de cantidades de yugo al mismo tiempo, por lo que puede estar "vacío" pero no "ninguno". Por lo tanto, en el vacío, constantemente se producen partículas de la nada en forma de pares de partículas virtuales y antipartículas virtuales, y luego se aniquilan entre sí. En este proceso, la energía total permanece sin cambios.

2. El vacío tiene polaridad, por eso se dice que el vacío es asimétrico. Pero esta asimetría es relativamente local y es simétrica en general. Tal anidamiento de ciclos constituye la propiedad del vacío.

3. Cada parte del vacío posee las propiedades generales del vacío. Grande y pequeño son términos relativos. El tiempo también es relativo al espacio y el tiempo no puede existir independientemente de un espacio específico.

La tecnología de alto vacío se utiliza ampliamente en la producción industrial y la investigación científica, como la producción de materiales y componentes semiconductores, la fabricación de tubos de electrones, tubos de rayos X, tubos de imagen, aparatos de iluminación y fundición al vacío. , secado al vacío, recubrimiento al vacío y aislamiento al vacío. Calor, tratamiento térmico al vacío, etc. Todo, desde las ventosas hasta los aceleradores de partículas de alta energía, implica el concepto y la tecnología del alto vacío. El giroscopio láser es el único instrumento sensible inercial de alta precisión y media no electromecánico que se ha aplicado con éxito en el campo de la tecnología inercial hasta el momento. Tiene muchas ventajas, como buena estabilidad, alta precisión, amplio rango dinámico y larga vida útil.

La adquisición de vacío ultraalto es un eslabón crucial en el proceso de fabricación de giroscopios láser. La tecnología de adquisición de vacío ultra alto está involucrada en los procesos de sellado de giroscopio láser, aspiración, detección de fugas y limpieza por plasma.