سيغنوس إن جي-20

أجرت وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) دراسةً بعنوان "طابعة ثلاثية الأبعاد معدنية" لاختبار تقنية التصنيع الإضافي أو الطباعة ثلاثية الأبعاد لأجزاء معدنية صغيرة في بيئة انعدام الجاذبية. تُتيح لنا هذه الدراسة فهمًا أوليًا لكيفية عمل هذه الطابعة في الفضاء. تستطيع الطابعة ثلاثية الأبعاد إنتاج أشكالٍ عديدة، ونعتزم طباعة عيناتٍ أولًا لفهم كيفية اختلاف الطباعة في الفضاء عن الطباعة على الأرض، وثانيًا لمعرفة أنواع الأشكال التي يُمكننا طباعتها بهذه التقنية. إضافةً إلى ذلك، تُساعد هذه التجربة في توضيح كيفية عمل أفراد الطاقم بأمان وكفاءة في طباعة الأجزاء المعدنية في الفضاء. ^{[ 6 ]}

قد تُسهم النتائج في تحسين فهم وظائف وأداء وعمليات الطباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن في الفضاء، بالإضافة إلى جودة وقوة وخصائص الأجزاء المطبوعة. ويُمثل إعادة التموين تحديًا للبعثات البشرية طويلة الأمد في المستقبل. ويمكن لأفراد الطاقم استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد لإنشاء قطع غيار لصيانة المعدات في رحلات الفضاء طويلة الأمد المستقبلية، وعلى سطح القمر أو المريخ، مما يُقلل الحاجة إلى حزم قطع الغيار أو التنبؤ بكل أداة أو غرض قد يكون مطلوبًا، وبالتالي توفير الوقت والمال عند الإطلاق. ^{[ 6 ]}

كما يمكن أن تفيد التطورات في تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن التطبيقات المحتملة على الأرض، بما في ذلك تصنيع المحركات لصناعات السيارات والطيران والبحرية، وإنشاء الملاجئ بعد الكوارث الطبيعية. ^{[ 6 ]}

يدرس مشروع تصنيع أشباه الموصلات والطلاءات المتكاملة للأغشية الرقيقة (MSTIC) تأثير انعدام الجاذبية على الأغشية الرقيقة ذات الاستخدامات المتعددة. قد تُمكّن هذه التقنية من التصنيع الذاتي، ما يُغني عن استخدام العديد من الآلات والعمليات المُستخدمة حاليًا في تصنيع مجموعة واسعة من أشباه الموصلات، ويُحتمل أن يُفضي إلى تطوير أجهزة كهربائية أكثر كفاءة وأعلى أداءً. ^{[ 6 ]}

قد يُسهم تصنيع أشباه الموصلات في بيئة انعدام الجاذبية في تحسين جودتها وتقليل المواد والمعدات والعمالة اللازمة. وفي مهمات الفضاء طويلة الأمد المستقبلية، قد تُتيح هذه التقنية إمكانية إنتاج المكونات والأجهزة في الفضاء، مما يُقلل الحاجة إلى مهمات إعادة التموين من الأرض. كما تُستخدم هذه التقنية في الأجهزة التي تستمد الطاقة وتُوفرها على الأرض. ^{[ 6 ]}

كثيرًا ما يعيد العلماء الذين يُجرون أبحاثًا على متن محطة الفضاء الدولية تجاربهم إلى الأرض لإجراء المزيد من التحليلات والدراسات. إلا أن الظروف التي تتعرض لها المركبات الفضائية أثناء دخولها الغلاف الجوي، بما في ذلك الحرارة الشديدة، قد تُؤثر سلبًا على محتوياتها. وتعتمد أنظمة الحماية الحرارية المستخدمة لحماية المركبات الفضائية ومحتوياتها على نماذج عددية غالبًا ما تفتقر إلى التحقق من صحتها من خلال رحلات فعلية، مما قد يؤدي إلى مبالغة كبيرة في تقدير حجم النظام المطلوب، وبالتالي استهلاك مساحة وكتلة قيّمتين. ويستخدم مشروع تجربة مسبار كنتاكي لإعادة الدخول - 2 (KREPE-2)، وهو جزء من جهد لتحسين تكنولوجيا أنظمة الحماية الحرارية، خمس كبسولات مُجهزة بمواد مختلفة للحماية الحرارية ومجموعة متنوعة من أجهزة الاستشعار للحصول على بيانات حول ظروف إعادة الدخول الفعلية. ^{[ 6 ]}

استنادًا إلى نجاح مهمة KREPE-1 التي أُطلقت على متن مركبة Cygnus NG-16 ، أُضيفت أجهزة استشعار مُحسّنة لجمع المزيد من القياسات، كما جرى تحسين نظام الاتصالات لنقل المزيد من البيانات. ويمكن تجهيز الكبسولات لإجراء تجارب أخرى لإعادة الدخول إلى الغلاف الجوي، مما يدعم تحسينات في الحماية الحرارية لتطبيقات على الأرض، مثل حماية الأفراد والمنشآت من حرائق الغابات. ^{[ 6 ]}

يختبر مشروع "العرض التوضيحي لتقنية الجراحة الروبوتية" أداء روبوت صغير يمكن التحكم به عن بُعد من الأرض لإجراء عمليات جراحية. ويخطط الباحثون لمقارنة العمليات في بيئة انعدام الجاذبية وعلى الأرض لتقييم تأثيرات انعدام الجاذبية والتأخير الزمني بين الفضاء والأرض. ^{[ 6 ]}

يستخدم الروبوت "يدين" للإمساك بالأربطة المطاطية وقطعها، والتي تحاكي الأنسجة الجراحية وتوفر شدًا يُستخدم لتحديد مكان وكيفية القطع، وفقًا لشين فاريتور، كبير مسؤولي التكنولوجيا في شركة Virtual Incision Corp.، مطورة البحث بالتعاون مع جامعة نبراسكا. ^{[ 6 ]}

تزيد الرحلات الفضائية الطويلة من احتمالية حاجة أفراد الطاقم إلى إجراءات جراحية، سواء كانت غرزًا بسيطة أو استئصالًا طارئًا للزائدة الدودية. قد تدعم نتائج هذه الدراسة تطوير أنظمة روبوتية لإجراء هذه العمليات. إضافةً إلى ذلك، انخفض توافر الجراحين في المناطق الريفية بنحو الثلث بين عامي 2001 و2019. يُسهم تصغير حجم الروبوت وإمكانية التحكم به عن بُعد في إتاحة الجراحة في أي مكان وزمان على سطح الأرض. ^{[ 6 ]}

رعت وكالة ناسا أبحاثًا حول الروبوتات المصغرة لأكثر من 15 عامًا. في عام 2006، نفذت روبوتات يتم تشغيلها عن بُعد عمليات جراحية في مهمة ناسا للعمليات في البيئات القاسية (NEEMO 9) تحت الماء. وفي عام 2014، أجرى روبوت جراحي مصغر مهامًا جراحية محاكاة على متن طائرة مكافئة في بيئة انعدام الجاذبية. ^{[ 6 ]}

يُقدّم مشروع بناء نسيج الغضروف المُقسّم تقنيتين: مصفوفة جانوس النانوية وقطعة جانوس النانوية. المصفوفة النانوية مادة قابلة للحقن تُوفّر دعامة لتكوين الغضروف في بيئة انعدام الجاذبية، ما يُتيح استخدامها كنموذج لدراسة أمراض الغضروف. أما القطعة النانوية، فتُقدّم علاجًا قائمًا على الحمض النووي الريبي (RNA) لمكافحة الأمراض التي تُسبّب تدهور الغضروف. ^{[ 6 ]}

يتمتع الغضروف بقدرة محدودة على التجدد الذاتي، ويُعدّ التهاب المفاصل العظمي سببًا رئيسيًا للإعاقة لدى كبار السن على الأرض. يمكن أن يؤدي انعدام الجاذبية إلى تدهور الغضروف بشكل يُحاكي تطور التهاب المفاصل العظمي المرتبط بالشيخوخة، ولكنه يحدث بوتيرة أسرع، لذا فإن البحث في بيئة انعدام الجاذبية قد يُسهم في تسريع تطوير علاجات فعّالة. قد تُسهم نتائج هذه الدراسة في تطوير علاجات لتجديد الغضروف، كعلاج لأضرار المفاصل وأمراضها على الأرض، وفي تطوير طرق للحفاظ على صحة الغضروف في المهمات المستقبلية إلى القمر والمريخ. ^{[ 6 ]}

حملت هذه المهمة أيضًا الجيل الثالث من حاسوب HPE الفضائي، وهو نظام خادم تجاري جاهز للاستخدام (COTS) للحوسبة عالية الأداء (HPC) والذكاء الاصطناعي (AI) والتعلم الآلي (ML) في بيئات الفضاء. ^{[ 8 ]} على الرغم من أن شركة هيوليت باكارد إنتربرايز تُطلق على هذا الجهاز اسم "الحاسوب الفضائي-2" - للتأكيد على أنه نظام الجيل الثاني الذي تم نشره في محطة الفضاء الدولية - إلا أنه يُشار إليه بشكل غير رسمي باسم "SBC-3" في بعض مراجع ناسا، مما يعكس كونه الجيل الثالث من هذه المهمة. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

بالمقارنة مع عمليات النشر السابقة، تضمن النظام المُطوَّر موارد موسعة لوحدة معالجة الرسومات وسعة تخزين تصل إلى 130 تيرابايت، وهي أكبر كمية من تخزين البيانات تم إرسالها إلى المدار حتى الآن، مما يتيح أحمال عمل حوسبة طرفية أكثر تقدماً مثل التصوير الطبي ومعالجة اللغة الطبيعية والتحليل في الوقت الفعلي لبيانات رحلات الفضاء. ^{[ 11 ]}