美国国家航空航天局的激光通信中继演示通过激光链路与国际空间站通信。图片来源:美国宇航局戈达德太空飞行中心

　　SpaceX即将进行的CRS国际空间站任务将包括激光通信、大气波、太空飞行对健康的影响、水过滤和呼吸道药物输送等实验。

　　第29次SpaceX商业补给服务(CRS)任务为美国宇航局进行科学实验和技术演示，包括研究增强光通信和测量大气波。美国太空探索技术公司的无人飞船“龙”号将于11月5日从美国宇航局位于佛罗里达州的肯尼迪航天中心发射到国际空间站。

　　以下是向轨道实验室发射的一些研究的细节:

　　NASA的ILLUMA-T有效载荷通过激光信号与LCRD通信。图片来源:NASA/Dave Ryan

　　来自太空的激光通信

　　NASA的ILLUMA-T调查测试技术，为空间站提供增强的数据通信能力。安装在空间站外部的终端使用激光或光通信向该机构的激光通信中继演示(LCRD)系统发送高分辨率信息，该系统位于地球同步轨道上。然后LCRD将数据发送到位于夏威夷哈雷阿卡拉和加州桌山的光学地面站。

　　该系统使用不可见的红外光，能够以比传统射频系统更高的数据速率发送和接收信息，使得在一次传输中向空间站发送更多的图像和视频成为可能。ILLUMA-T演示还为在绕月或火星运行的航天器上放置激光通信终端铺平了道路。

　　美国宇航局的ILLUMA-T有效载荷将飞往国际空间站，目前正在马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心进行组装和测试。ILLUMA-T演示了通过中继链路从低地球轨道到地面的两种不同的数据传输速度。这些链路可以用于实时数据流或大量数据传输。来源:美国国家航空航天局

　　ILLUMA-T和LCRD创建了NASA的第一个双向激光通信中继系统。激光通信可以补充无线电频率系统，目前大多数太空任务都使用无线电频率系统来向地球发送数据。根据位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的代理ILLUMA-T项目经理格伦·杰克逊的说法，激光系统比无线电系统更小，更轻，消耗更少的能量。更小的尺寸为科学仪器腾出了更多的空间，更轻的重量降低了发射成本，更低的功耗导致航天器电池的损耗更少。

　　ILLUMA-T由美国宇航局戈达德与美国宇航局休斯顿约翰逊航天中心和麻省理工学院林肯实验室合作管理，由美国宇航局华盛顿总部的空间通信和导航(SCaN)项目资助。

　　艺术家对AWE绘制全球中间层重力波特性的印象。来源:美国国家航空航天局

　　观察大气中的波浪

　　美国宇航局的大气波实验(AWE)使用红外成像仪器来测量大气重力波(agw)的特征、分布和运动。当空气受到干扰时，这些波浪就会在地球大气层中滚动，就像把石头扔进水里产生的波浪一样。

　　“大气重力波是在气候系统内传输能量和动量的一种机制，它们在定义气候及其演变方面发挥着作用，”科罗拉多大学博尔德分校的联合研究员杰夫·福布斯说。他解释说，这些波在源头相对较小，但在海拔高度会被放大，这可能表明在低海拔地区不易观察到的气候变化。这次调查对大气环流物理过程的长期观测可以增加对AGWs的了解，并提高对地球大气、天气和气候的了解。

　　科学家在空间动力学实验室设施的洁净室中为AWE准备光学组件。图片来源:空间动力学实验室/Allison Bills

　　研究人员还在研究agw对太空天气的影响，太空天气指的是太阳系内的变化条件，包括太阳风。空间天气影响空间和地面通信、导航和跟踪系统。科学家们对agw如何影响太空天气知之甚少，这项调查可以帮助填补这些知识空白。研究结果可以支持开发减轻空间天气影响的方法。

　　鉴于空间站的高度、地理和时间覆盖范围，它为调查提供了一个理想的平台。

　　在犹他州立大学创新校区空间动力学实验室(SDL)设施的洁净室中进行大气波实验(AWE)光学机械组件。图片来源:SDL/Allison Bills

　　福布斯说:“AWE是开创性的研究，首次在太空边缘对重力波进行全球测量。”“这是了解大气中的波及其对近地空间天气的贡献的重要一步。”

　　大气波实验由戈达德为美国宇航局总部的美国宇航局科学任务理事会管理。

　　前往空间站的更多科学

　　卵巢组织切片显示多种卵泡类型。《雌性生殖健康:太空飞行诱导卵巢和雌激素信号功能障碍、适应和恢复》啮齿动物研究-20 (RR-20)调查评估了微重力环境下雌性小鼠的卵巢功能、返回地球后的生育能力以及太空飞行对下一代的影响。图片由堪萨斯大学医学中心提供。来源:美国国家航空航天局

　　太空飞行诱导卵巢和雌激素信号功能障碍、适应和恢复是由美国宇航局生物和物理科学部赞助的一项基础科学研究。它推进了先前的微重力研究，旨在更好地理解太空飞行、营养和环境压力对排卵控制的综合影响，以及由此对骨骼的影响。这项研究的结果可以帮助识别和治疗压力对排卵的影响，并改善地球上的骨骼健康。

　　HFFO模块(aqumembrane -3)硬件由三个独立和平行的系统组成，用于量化膜的水通量和微重力下的污染截除率，这是一个完整的水回收系统的关键参数。这张图片展示了完整的实验硬件。来源:美国国家航空航天局

　　欧空局(ESA)的一项研究项目“水膜-3”继续评估用一种被称为“水通道蛋白内膜”(AIM)的膜取代空间站上用于水回收的多层过滤床。这些膜结合了生物细胞中的蛋白质，称为水通道蛋白，可以在消耗更少能量的情况下更快地过滤水。

　　2015年AIM技术的初步测试表明，在微重力条件下，膜过滤水是可能的，而后续的测试可以证明膜如何有效地消除空间站废水中的污染物。研究结果可以促进一个完整和全面的膜基水回收系统的发展，提高水的回收，减少需要发射到空间站的材料的数量。这种水过滤技术也可以应用于地球上的极端环境，如军事和紧急情况，以及偏远地区的分散供水系统。

　　马修·维隆(Matthew Vellone)在国际空间站上操作该系统的第一个原型机，而Trinh Huynh则录制了调查过程的视频。Gaucho Lung的研究将研究凝胶涂层管内的液体输送，以了解更多关于呼吸窘迫综合征的治疗方案，并制定新的污染控制策略。图片由Bioserve提供。来源:美国国家航空航天局

　　由国际空间站国家实验室赞助的Gaucho Lung研究了呼吸系统内的粘液如何影响少量注射液体(称为液体塞)中携带的药物的输送。在微重力环境下进行这项研究，可以分离出相关的因素，包括毛细管或排汗力、粘液特性和重力。了解这些因素的作用可以为针对性呼吸治疗的发展和优化提供信息。此外，这项工作可能有助于控制医疗保健和食品工业中使用的液体管道污染的新策略。