CRS-29空间站任务简介：激光通信、研究大气重力波和太空生物科学

太空探索技术公司（SpaceX）为美国国家航空航天局（NASA）执行的第29次商业补给服务（CRS）任务将携带科学实验和技术演示，包括对增强型光通信和大气波测量的研究。SpaceX公司的"龙"飞船计划于11月5日之前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。

美国国家航空航天局激光通信中继演示通过激光链路与国际空间站通信的插图。资料来源：美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心

以下是发射到轨道实验室的一些研究的详细信息：

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

美国国家航空航天局的 ILLUMA-T 调查测试了在空间站上提供增强数据通信能力的技术。安装在空间站外部的终端使用激光或光通信将高分辨率信息发送到位于地球同步轨道上的激光通信中继演示（LCRD）系统。然后，LCRD 将数据传送到位于夏威夷哈雷阿卡拉和加利福尼亚桌山的光学地面站。

该系统使用不可见的红外线，能以比传统射频系统更高的数据传输速率发送和接收信息，从而可以在一次传输中向空间站发送或从空间站发送更多的图像和视频。ILLUMA-T 演示还为在绕月或绕火星飞行的航天器上安装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数据传输速度。这些链路可用于实时数据流或大容量数据传输。资料来源：美国国家航空航天局

ILLUMA-T和LCRD创建了NASA首个双向激光通信中继系统。激光通信可以补充目前大多数天基任务用来与地球之间发送数据的无线电频率系统。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 ILLUMA-T 项目代理经理格伦-杰克逊（Glenn Jackson）介绍，与无线电系统相比，激光系统体积更小、重量更轻、耗电更少。较小的体积为科学仪器腾出了更多空间，较轻的重量降低了发射成本，而较低的耗电量则减少了航天器电池的消耗。

ILLUMA-T 由美国宇航局戈达德分部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，由位于华盛顿的美国宇航局总部的空间通信与导航（SCaN）计划资助。

AWE绘制全球中间层重力波特性图的艺术家印象。资料来源：美国国家航空航天局

观察大气中的波

美国国家航空航天局（NASA）的大气波实验（AWE）使用红外成像仪器测量大气重力波（AGW）的特性、分布和运动。当空气受到扰动时，这些波在地球大气层中翻滚，就像把石头扔到水里产生的波一样。

科罗拉多大学博尔德分校的联合研究员杰夫-福布斯（Jeff Forbes）说："大气重力波是气候系统内能量和动量的一种传输机制，它们在确定气候及其演变方面发挥着作用。"他解释说，这些波在源头相对较小，但在高空会被放大，可能预示着在低空不易观测到的气候变化。这项调查对大气环流中的物理过程进行的长期观测，可以提高人们对全球变暖的认识，并增进对地球大气、天气和气候的了解。"

科学家们在太空动力实验室设施的无尘室中准备发射 AWE 的光学组件。图片来源：太空动力实验室/艾莉森-比尔斯（Allison Bills

研究人员还在研究 AGW 如何导致空间天气变化，空间天气是指太阳系内的不同条件，包括太阳风。空间天气会影响天基和地基通信、导航和跟踪系统。科学家们对 AGWs 究竟如何影响空间天气知之甚少，这项调查有助于填补这些知识空白。研究结果将有助于开发减缓空间天气影响的方法。空间站的高度、地理和时间覆盖范围为这项调查提供了一个理想的平台。

犹他州立大学创新校区空间动力学实验室（SDL）设施无尘室中的大气波实验（AWE）光学机械组件。图片来源：SDL/Allison Bills

"AWE 是一项开创性的研究，首次对太空边缘的重力波进行全球测量，"福布斯说。"这是在了解大气中的波及其对近地空间天气的贡献方面迈出的重要一步"。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局管理。

进入空间站的更多科学

卵巢组织切片显示了各种卵泡类型。《女性生殖健康》（Female Reproductive Health： 太空飞行诱发的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）调查评估了微重力状态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。图片来源：美国国家航空航天局

太空飞行诱发的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。它推进了之前的微重力研究，旨在更好地了解太空飞行、营养和环境压力对排卵控制的综合影响以及由此对骨骼产生的影响。这项研究的结果有助于确定和治疗压力对排卵的影响，并改善地球上的骨骼健康。

测试 Aquaporin Inside® HFFO 模块（Aquamembrane-3）的污染物排阻硬件由三个独立的并行系统组成，用于量化膜在微重力环境下的水通量和污染物排阻，这是完整水回收系统的关键参数。该图显示了完整的实验硬件。图片来源：美国国家航空航天局

Aquamembrane-3是欧洲航天局（ESA）进行的一项调查，继续评估用一种被称为Aquaporin Inside Membrane（AIM）的膜来替代空间站上用于水回收的多层过滤床。这种膜结合了生物细胞中的蛋白质（称为水蒸发蛋白），可以更快地过滤水，同时降低能耗。

2015 年对 AIM 技术进行的初步测试表明，在微重力环境下可以通过膜过滤水，此次后续测试可以证明这种膜如何有效地消除空间站废水中的污染物。测试结果可以推动完整的全规模膜式水回收系统的开发，改善水回收利用，减少需要发射到空间站的材料数量。这种水过滤技术还可应用于地球上的极端环境，如军事和应急环境，以及偏远地区的分散式供水系统。

马修-维隆（Matthew Vellone）操作着第一个在国际空间站上飞行的系统原型，而特林-许（Trinh Huynh）则在录制调查视频。"高丘肺"调查将研究凝胶涂层管内的流体传输，以进一步了解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。图片来源：NASA

由国际空间站国家实验室赞助的"高丘肺"（Gaucho Lung）研究呼吸系统内壁的粘液如何影响少量注射液体（即液栓）中药物的输送。在微重力环境下进行这项研究，可以分离出相关因素，包括毛细管或吸力、粘液特性和重力。了解这些因素的作用有助于开发和优化有针对性的呼吸治疗方法。此外，这项工作还有助于制定新的战略，控制用于医疗保健和食品行业的液体管道的污染。