人工視網膜、水培和氣培種植，Crew-4宇航員将在空間站進行哪些實驗？

當地時間4月27日，美國航空航天局（NASA）的SpaceX Crew-4任務于從佛羅裡達州NASA肯尼迪航天中心（Kennedy Space Center）發射前往國際空間站（International Space Station）。執行本次任務的共有4名宇航員，分别是NASA宇航員謝爾·林德格倫（Kjell Lindgren）、羅伯特·海因斯（Robert Hines）和傑茜卡·沃特金斯（Jessica Watkins），以及歐洲航天局（European Space Agency）的薩曼莎·克裡斯托福雷蒂（Samantha Cristoforetti），其中海因斯和沃特金斯是第一次執行太空飛行任務，林德格倫和克裡斯托福雷蒂則是第二次。

與SpaceX“自由”号龍飛船（Dragon Freedom）的宇航員一同進入近地軌道的，還有一些重要的科學研究，以下是它們的詳細資訊：

視網膜替代品

地球上有數百萬人患有視網膜退行性疾病，包括視網膜色素變性和與年齡相關的黃斑變性，對他們來說，人造視網膜是恢複有效視力的潛在治療選擇。國際空間站美國國家實驗室（ISS National Lab）贊助了一項基于蛋白質的人工視網膜制造研究（Protein-Based Artificial Retina Manufacturing），對使用名為細菌視紫紅質（bacteriorhodopsin）的光激活蛋白質研發人勞工類視網膜的制造過程進行了評估。

CubeLab的飛行前圖像，包含LambdaVision公司基于蛋白質的人工視網膜制造研究，将對含有光激活蛋白質的人工視網膜進行測試。

圖檔來源：LambdaVision

細菌視紫紅質可以替代眼睛中受損感光細胞的功能，涉及的工藝則是通過一層又一層地塗加薄膜來制造植入物。微重力環境下可以較好地限制粒子的聚集和沉降，進而提高形成薄膜的品質和穩定性。此前，來自美國LambdaVision公司的研究人員已經在空間站上完成了早期實驗，以确定在微重力環境下的成膜過程效果是否更具優勢，本次任務的調查則是建立在這項工作的基礎之上。

無線的奇迹

Wireless Compose-2是一項來自歐洲航天局的調查，展示了無線網絡支援科學實驗并為自由飛行物體提供精确控制和導航的能力。其中一個自由飛行物便是“西蒙”（Cimon），歐洲航天局目前正在空間站上進行測試的人工智能助手。

Wireless Compose-2還包括德國航空航天中心（DLR）的實驗，即地外應用和長期任務心沖擊描記技術（Ballistocardiography for Extraterrestrial Applications and long-Term missions，BEAT）的操作，該實驗使用内置在服裝中的傳感器來監測和測量心髒參數，例如血壓。通常，科學家隻能使用超音波和計算機斷層掃描或計算機X射線成像來擷取這些資料，這項技術可以更深入地了解人類心血管系統在太空中的表現，以及它在長期太空任務中的變化。

這張圖檔展示了Smart-Shirt服裝的部分元件，包括內建傳感器、接線和一個通信子產品，用于通過無線鍊路傳輸科學資料來進行BEAT實驗，這是Wireless Compose-2調查的一部分。德國航空航天中心（DLR）在空間站上開發了一套無線網絡基礎設施，以支援空間站的科學實驗，Wireless Compose-2技術示範正是建立在這一工作之上。

圖檔來源：DLR

除了這兩項新實驗外，Crew-4還會繼續空間站上正在進行的實驗，這包括：

太空中的學生軟體

日本宇宙航空研究開發機構（Japan Aerospace Exploration Agency，JAXA）贊助了一項名為Kibo-RPC的計劃，地球上的學生可以通過這一計劃自己建立程式，控制空間站的自由飛行機器人之一Astrobee。這一計劃的目的是為參與者提供太空科學、技術、工程和數學方面的實踐經驗，幫助激勵下一代探索者。

克裡斯托福雷蒂在她的上一次太空飛行中，參與過一個類似的學生項目SPHERES-VERTIGO，那次實踐中，學生們編寫的軟體成功使用多顆自由飛行的衛星來建構目标物體的三維模型。使用一顆或兩顆小型衛星在太空中建立此類未知物體模型的能力，具有廣泛的太空任務潛在應用。

2014年，歐洲航天局宇航員薩曼莎·克裡斯托福雷蒂在上一次執行空間站任務期間對SPHERES進行了試運作。在該調查中，學生編寫了軟體來指導多顆自由飛行的衛星，以建立目标物體的三維模型。

圖檔來源：NASA

媽媽你看，沒有土！

使用水培（液體）和氣培（空氣）技術，XROOTS實驗在沒有土壤或其他傳統生長媒體的情況下在空間站進行植物種植。研究人員計劃使用視訊和靜止圖像來評估植物在整個生命周期中的生長情況。目前的天基植物系統還很小，使用的也是基于顆粒媒體的系統來輸送水分和養分，由于品質、遏制、維護和衛生問題，這些系統在太空中無法得到很好的擴充。水培和氣培技術可以為未來的太空探索提供更大規模的農作物生産，為這項調查開發的系統元件還可以增強某些陸地環境中的植物種植，比如溫室環境，為地球上的人們提供更好的糧食安全。

林德格倫在之前的任務中曾進行過Veg-01實驗，這是一個使用基墊、包含生長培養基和種子的小型可擴充單元來種植植物的系統，該實驗生産了紅色長葉莴苣，林德格倫本人則是第一批品嘗太空植物的人之一。Crew-4的成員這次應該不會吃掉XROOTS實驗生産出來的植物，它們将被送回地球進行分析。

NASA宇航員謝爾·林德格倫在第44次遠征期間咬了一口從VEG-01調查中收獲的莴苣。

圖檔來源：NASA

醫療監測

在深空探索任務中，宇航員的健康狀況監測是一項獨特的挑戰，因為在空間站上，醫療裝置空間極為有限，采獲的樣本也無法及時送回地球進行分析。

這張rHEALTH ONE硬體的飛行前視圖顯示了實驗操作中使用的液體瓶，圖中不含瓶子在微重力環境下運作所需的定制袋。

圖檔來源：rHEALTH

rHEALTH示範測試使用改進的商用現成裝置，對宇航員的某些狀況進行醫療診斷，該裝置使用的是流式細胞儀，一種使用雷射對細胞進行分類和識别的方法，可以分析細胞計數和細胞特征；檢測微生物、生物标志物和蛋白質；并診斷相關疾病，例如血癌。該示範驗證了适當的硬體也可以在空間環境中運作，同時對準确性進行了評估。這項技術還可以為地球上無法獲得強大醫療保健基礎設施的患者提供及時、具有成本效益、可靠和友善的診斷測試。

參考來源：https://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/crew-4-head-to-iss-microgravity-science