宇航员如何在空间中升级复杂的实验[视频]

Astronaut Christina Koch有助于在2020年1月在国际空间站上乘坐国际空间站的寒冷原子实验室的硬件升级。

寒冷的atom实验室正在使用微匍匐，以了解原子和量子世界，这可以为空间和地面上的新技术铺平道路。

美国宇航局的寒冷原子实验室是国际空间站的基本物理实验的设施，最近在宇航员克里斯蒂娜科赫和杰西卡梅尔的帮助下进行了重大的硬件升级。通过冷却原子云以上绝对零 - 最低的温度物质可以到达 - 冷原子实验室使科学家能够直接观察独特的原子行为，帮助回答有关我们世界如何在最小尺度上工作的问题。新硬件将大大扩展冷原子实验室的功能。

在空间中安装升级是一个实验的东西。在地球上，该任务将落到具有多年的经验处理组件的工程师。为避免将设施从空间站带回 - 一种昂贵且耗时的步骤 - 使命团队通过从南加州南部的NASA的喷气机推进实验室的实时视频会议进行了导游的Koch和Meir。

“随着这个升级，我们有效地取代了寒冷原子实验室的心脏，一切都必须完美，”JPL的寒冷Atom实验室的项目经理Kamal Oudrhiri说。“宇航员是非常聪明，有能力的人，但我们觉得在心脏外科医生试图展示一般从业者第一次如何完成手术。我们尽我们所能确保成功，但真实地说，我非常紧张。“

2020年1月，寒冷的Atom实验室运营团队成员与宇航员Christina Koch和Jessica Meir进行了硬件升级到冷的原子实验室，而该设施仍然是国际空间站。

为什么这么冷？

物理学家在地球上使用Ultracold原子设施进行各种实验，探讨原子基本行为。冷却原子在0高于0kelvin的1亿岁（减去459.67华氏度，或减去273.15摄氏度）之内，使它们显着减慢，使其更容易学习。在那些温度下，一些原子也可以形成第五种物质状态，称为具有本质上不存在的Bose-Einstein冷凝物。Bose-Einstein凝聚氨酸咖啡为量子力学的奇怪世界提供了独特的窗口，这些窗口在非常小的尺寸下控制宇宙。

寒冷的原子实验室是地球轨道中的第一个超级原子设施。在空间的失重环境中，原子不会被重力拉下来，因此它们存在于长时间的未结合的超速状态。这种特点使科学家能够以在地球上不可能的方式观察他们的自然行为。

五种科学团体一直在进行寒冷的原子实验室，因为它开始于2018年夏天运营，他们渴望开始与升级的硬件一起使用，包括一个名为Atom干涉仪的新仪器。在太空中，原子干涉测量可以有多种应用，包括对基本物理研究，行星科学和其他领域有用的重力进行精致的重力。

关于迷你冰箱的大小，寒冷的原子实验室科学仪器（左）包含科学模块，它将原子冷却到几乎绝对零。右侧的较小框包含额外的硬件。

例如，原子干涉测量法可用于测量行星表面的重力变化，以了解其组成和地下特征。该工具还可用于测试Albert Einstein的基本重力理论，以前所未有的程度。寒冷的Atom Lab团队最近证实，原子干涉仪正按预期工作，使其在空间中运行的第一乐器。

“随着寒冷的atom实验室，我们正在寻找新物理，只有当您在极其精细的尺度上学习宇宙时才弹出，”杰森·威廉姆斯（Jason Williams）表示，寒冷的Atom Lab Atom Tenerferstom in JPL的主导科学家。

没有第二次机会

寒冷的原子实验室由两个金属盒组成，其中较大的是，它被称为科学仪器，重量超过400磅（180公斤）。里面是一个称为科学模块的隔间，它是原子被冷却的，科学发生。

要完成升级，Koch和Meir必须轻轻地操纵可在空间站的运行位置的大量科学仪器，删除旧科学模块并用新的替换它。

2020年1月，寒冷的Atom实验室运营团队的成员远程在硬件升级到冷原子实验室，而该设施仍然是国际空间站。

在安装前几个月，寒冷的Atom实验室团队成员与美国宇航局在亨茨维尔，阿拉巴马州亨茨维尔的“NASA的元帅航天飞行中心的有效载运营和集成中心”，为Koch和Meir创建了指示。他们将安装达到六个会话超过八天，包括Koch的实践。车站上的船员时间非常有价值，因此使命团队花了几周练习地球上的步骤来优化程序。

“有很多细节，甚至很难解释，”JIM KELLOGG，在JPL的寒冷原子实验室发动车辆和空间集成铅。“我们不得不考虑船员需要什么样的细节？如果我们需要从空间站上的另一组借用工具，我们如何做到？宇航员在我们的仪器上工作时，一切都将暂时存放在哪里？每一个细节都需要记录和签约，马歇尔太空飞行中心的人民通过每一步都支持我们。“

要重新安装科学仪器，KOCH，单独工作，必须检查和连接11精密光纤电缆。电缆的玻璃纤维核心约为人头发的直径，如果有任何破裂，污染或划伤，可能会导致任务结束失败。

“她绝对太棒了，”Kellogg of Koch说道。“每次我即将提醒她某事或者让她一个追随发生的事情，她就已经在它的顶部。她在我们的程序中和我给予她的指导中的每一个细节都要注意。她在各方面都很惊讶。“

Koch同样热情地对这种经历。“这把我花了超过300天[自从抵达空间站]以便在寒冷的原子实验室上工作，但值得一，”她在活动的第一天说。

安装是如何结果的？到目前为止，它看起来像一个完全的成功。

“这是一个非常困难的努力，需要在地面上专门的团队和两个忠诚的宇航员，克里斯蒂娜和杰西卡，”Oudrhiri说。“如果这个安装不顺利，那么就没有第二次机会。我们必须将整个飞行器带回地球，这可能让我们恢复了两年。“

在未来几周内完成新硬件的测试和分析完成后，该团队预计将使用寒冷的Atom实验室的科学团体再次开始进行数据。

建立一个可以承受到太空之旅的超级原子设施，几乎没有宇航员援助，甚至在轨道中升级为寒冷的atom实验室年。现在，他们希望他们的工作开始了一段时代，其中轨道是在轨道上定期完成的。

Cold Atom Lab在JPL设计和建造，由NASA在华盛顿州NASA总部的空间救生和物理科学研究和应用（SPLPS）在华盛顿州NASA总部和NASA的Johnson Space Center中的国际空间站计划中赞助休斯顿。