De acuerdo con el Memorando de Entendimiento original entre la NASA y Rosaviakosmos, la Estación Espacial Internacional estaba destinado a ser un laboratorio, observatorio y fábrica en la órbita terrestre baja. Además, estaba previsto para proporcionar el transporte, mantenimiento, y actuar como una base de ensayo para posibles futuras misiones a la Luna, Marte y los asteroides En la Política Nacional del Espacio de Estados Unidos en 2010, la ISS se le dio papeles adicionales de servicio de propósito comercial, diplomáticas18 y educativas.19 Investigación científica
Cometa Lovejoy fotografiado por el comandante de la Expedición 30 Dan Burbank La ISS proporciona una plataforma para llevar a cabo la investigación científica que no se podría realizar de cualquier otra forma. Aunque una pequeña nave espacial no tripulada puede proporcionar plataformas de gravedad cero y exposición al espacio, las estaciones espaciales ofrecen un ambiente a largo plazo donde los estudios se pueden realizar potencialmente durante décadas, junto con un acceso inmediato a los investigadores humanos en períodos que exceden las capacidades de las naves espaciales tripuladas. La estación simplifica experimentos individuales, eliminando la necesidad de que los lanzamientos de cohetes y personal de investigación estén por separado. Los campos principales de investigación incluyen la astrobiología, la astronomía, la investigación humana, incluida la medicina espacial y ciencias de la vida, ciencias físicas, ciencias de los materiales, el clima espacial y el clima en la Tierra (meteorología). Los científicos de la Tierra tienen acceso a los datos de la tripulación y pueden modificar los experimentos o comenzar nuevos. Los beneficios generalmente no están disponibles en la nave espacial no tripulada.[cita requerida] Las tripulaciones vuelan misiones de varios meses de duración, que proporcionan aproximadamente 160 horas-hombre a la semana de trabajo con una tripulación de seis personas.
Con el fin de detectar la materia oscura y ayudar a responder a otras preguntas fundamentales acerca de nuestro universo, ingenieros y científicos de todo el mundo construyeron el Espectrómetro Magnético Alpha (AMS), que la NASA compara con el telescopio espacial Hubble, y afirma que no se puede alojar en un vuelo de plataforma libre, debido en parte a sus requerimientos de energía y a las necesidades de ancho de banda de datos del satélite. El 3 de abril de 2013, científicos de la NASA informaron que podrían haber sido detectados indicios de materia oscura por el Espectrómetro. Según los científicos, "Los primeros resultados del Espectrómetro Magnético Alpha en el espacio transmitidos confirman un exceso inexplicable de positrones de alta energía en los rayos cósmicos con destino a la Tierra."
El comandante y oficial científico Michael Foale, de la Expedición 8, conduce una inspección del Microgravity Science Glovebox. El ambiente espacial es hostil para la vida: presenta un intenso campo de radiación (conformado principalmente por protones y otras partículas subatómicas cargadas del viento solar, además de rayos cósmicos), gran vacío, temperaturas extremas, y la microgravedad. Algunas formas sencillas de la vida llamadas extremófilos, incluyendo pequeños invertebrados llamados tardígrados pueden sobrevivir en este ambiente en un estado extremadamente seco llamado desecación. La investigación médica mejora el conocimiento sobre los efectos de la exposición espacial a largo plazo en el cuerpo humano, incluyendo la atrofia muscular, pérdida de masa ósea y movimiento de fluidos. Estos datos se utilizan para determinar si largos vuelos espaciales y la colonización del espacio son factibles por el hombre. A partir de 2006, los datos sobre la pérdida ósea y la atrofia muscular sugieren que habría un riesgo significativo de fracturas y problemas de movimiento si los astronautas aterrizaran en un planeta después de un largo viaje interplanetario, como el intervalo de seis meses requerido para viajar a Marte. Se realizan estudios médicos a bordo de la ISS, en nombre del Instituto Nacional de Investigación Biomédica Espacial (NSBRI). Resalta entre estos el del Diagnóstico Avanzado por Ultrasonidos en el estudio de la microgravedad en los astronautas que realizan ecografías con la orientación de expertos a distancia. El estudio considera el diagnóstico y tratamiento de condiciones médicas en el espacio. Por lo general, no hay ningún médico a bordo de la ISS y el diagnóstico de las condiciones médicas es un reto. Se prevé que las ecografías guiadas remotamente tendrán aplicación en la Tierra en situaciones de emergencia y de atención rural, donde es difícil el acceso a un médico capacitado.
Microgravedad
Una comparación entre la combustión de una llama en la Tierra(izquierda) y en un ambiente de microgravedad, como la que se encuentra en la ISS (derecha). La gravedad en la ISS es solo un poco más débil que la gravedad que se siente en la superficie terrestre. Sin embargo, los objetos en órbita están en un continuo estado de caída libre, lo que resulta en un aparente estado de ingravidez. Esta ingravidez percibida se ve perturbada por cinco efectos diferentes: •Arrastre desde la atmósfera residual: cuando la ISS entra en la sombra de la Tierra, los principales paneles solares - que en esa situación no generan electricidad - se rotan para minimizar esta resistencia aerodinámica, lo que ayuda a reducir la degradación de la órbita. •La vibración de los movimientos de los sistemas mecánicos y la tripulación. •El accionamiento de los giroscopios de control de la actitud a bordo. •Encendido de los propulsores de actitud o cambios orbitales. •Efectos del gradiente de la gravedad, también conocidos como efectos de la marea. Si hubiera objetos diversos sueltos en diferentes lugares dentro de la ISS, al no sujetarlos a la misma, seguirán órbitas ligeramente diferentes. Por el contrario, al estar mecánicamente amarrados, estos artículos experimentan pequeñas fuerzas que mantienen la estación en movimiento como un cuerpo rígido. Los investigadores están estudiando el efecto del medio ambiente casi ingrávido de la estación en la evolución, desarrollo, y crecimiento de los procesos internos de plantas y animales. En respuesta a algunos de estos datos, la NASA quiere investigar los efectos de la microgravedad en el crecimiento de tejidos tridimensionales, parecidos a los humanos, y los cristales de proteínas inusuales que se pueden formar en el espacio. La investigación de la física de fluidos en condiciones de microgravedad permitirá a los investigadores modelar mejor el comportamiento de los fluidos. Debido a que los líquidos se pueden combinar casi por completo en condiciones de microgravedad, los físicos investigan líquidos inmiscibles en la Tierra. Además, un examen de las reacciones que se desaceleran por baja gravedad y temperatura, dará a los científicos una mejor comprensión de la superconductividad. El estudio de la ciencia de los materiales es una importante actividad de investigación de la ISS, con el objetivo de obtener beneficios económicos a través de la mejora de las técnicas utilizadas en el suelo. Otras áreas de interés incluyen el efecto de la gravedad sobre el medio ambiente de baja combustión, a través del estudio de la eficiencia de la combustión y el control de las emisiones y contaminantes. Estos hallazgos podrían mejorar los conocimientos actuales sobre la producción de energía, y dar lugar a beneficios económicos y ambientales. Los planes futuros para los investigadores a bordo de la ISS son examinar los aerosoles, ozono, vapor de agua y óxidos en la atmósfera de la Tierra, así como los rayos cósmicos, el polvo cósmico la antimateria y la materia oscura en el universo.