Embriette海德第一批被送入太空的生物——一些细菌和不起眼的果蝇——在不太舒适的环境下低调返回。细菌和果蝇并没有在航天飞机内进行一次相对舒适的旅行，而是被塞进了二战时期的V-2火箭的鼻锥内。V-2火箭是微重力研究早期的首选航天器。
科学实验在改作用途的导弹的角落和缝隙中摇摇晃晃地在太空中进行，我们可能离那个时代还有很长的路要走，但太空科学还没有达到阿瑟·c·克拉克在《2001太空漫游》中所提出的那种宏大愿景。没有月球基地，也不是只有在微重力条件下才能用一些灵丹妙药治疗疾病。考虑到电脑、手机、CRISPR和其他先进技术在同一时期出现，为什么太空科学的发展似乎没有那么快?
研究:太空探索的差距
微重力研究员卡尔·卡拉瑟斯博士曾将自己的研究有效载荷送入太空，他认为，这背后的一个原因可能是，太空科学研究在很大程度上被视为事后才考虑的事情。例如，水星计划、双子计划和阿波罗计划将所有设计努力集中在创造一种安全的航天器，以实现一系列登月目标。然后，如果限制允许，科学实验就可以在任何可以找到的角落和缝隙中进行。
航天飞机在甲板中部有储物柜，里面放着宇航员的衣服和个人物品等。看到有空的储物柜，NASA决定用它们来进行微重力研究，尽管储物柜最初并不是为微重力而设计的。虽然最终在航天飞机有效载荷舱的加压或非加压模块中进行了专门的科学任务，比如太空实验室，但它们采用了航天飞机内部相同的储物柜系统——这一系统至今仍在国际空间站(ISS)上使用。
另一方面，从历史上看，空间站在设计时就考虑到了科学研究。太空实验室——唯一一个美国独立运作的空间站——是20世纪70年代的一个航天飞行器，主要用于科学研究。它为国际空间站铺平了道路，太空科学皇冠上的宝石。2005年，国际空间站的美国部分被美国宇航局指定为国家实验室。然而，在20年里，国际空间站已经看到了1700个研究载荷其中，只有515项被归类为生物学或生物技术研究，而且大多数都是一次性的。其中许多项目可以被更好地归类为一些人可能认为的“推广”科学。在国际空间站上进行的严格科学研究仍然少得惊人。
为什么?
直到最近，国际空间站上的科学研究进展缓慢。除了将实验送入太空的挑战外，研究设计还受到过时硬件和旧思维方式的指导。仪器非常大。实验是一次性的，硬件是专门为每个单独的实验而构建的。在这样的环境中，重复实验和复制结果是非常困难的。直到2019年1月，人类才实现了在另一个世界种植植物的里程碑——通过中国嫦娥四号月球远端有效载荷上的棉花种子。
卡拉瑟斯说:“想象一下，在你的实验室里，每次你想做一个实验，你都必须为它建造一个硬件。”就在2011年，他还记得自己对硬件的失望，因为它的功能远不及他在地球实验室的常规功能。“在地球实验室的硬件中有几种已建立的标准格式。例如微孔板、移液器和离心管。为什么没有人尝试建造一个类似于地球实验室的太空实验室呢?”他想。
就在这个时候，卡拉瑟斯遇到了NanoRacks的首席执行官兼联合创始人杰夫·曼伯。在NanoRacks，他看到了一家创新太空科学研究方式的公司。
创建一个类似于地球实验室的太空实验室
NanoRacks的标准化硬件和商业接入计划将更有效地利用国际空间站已经用于研究的空间，并降低研究人员将有效载荷送入太空的成本。NanoRacks公司向美国宇航局提出了他们的想法，并表示他们将支付硬件、技术和安全流程的费用。他们所需要的回报就是一次(或几次)太空之旅。美国国家航空航天局表示同意。结果呢?nonalab。
纳米实验室是一个基于Cubesat的即插即用研究盒子。纳米实验室体积效率高，被设计成适合国际空间站的EXPRESS Rack储物柜系统，本质上是对空间站上可用的研究空间进行细分。最小的纳米实验室只有10cm × 10cm × 10cm，这是1U立方卫星的标准。小型的研究空间也更具有成本效益:用纳米实验室进行研究所需的微型化电子设备比典型的航天研究所需的标准尺寸电子设备便宜得多。例如，没有经过辐射加固的计算机或电子设备——国际空间站的环境保护会解决这些问题。随着诸如Arduino和Raspberry Pi这样的廉价、易得的微控制器的流行，它们都只有火柴盒大小，成本进一步降低。这还没有考虑到Adafruit、Sparkfun甚至亚马逊(Amazon)等公司最近推出的具有各种功能的新型微型传感器和设备。此外，NanoLab的即插即用特性(多亏了一个集成的USB端口)节省了宇航员的时间，并便于将接近实时的数据传输回地球。
为了便于蛋白质晶体的生长实验，将两个1.5U的纳米实验室(每个纳米实验室容纳6个微板)连接在一起。照片来源:Carl Carruthers/NanoRacks。
纳米实验室被证明是一个真正具有革命性的想法，但它并没有完全从困扰空间科学这么长时间的一次性实验中移除。需要更多的标准——研究人员熟悉的标准——使太空实验室更类似于地面实验室。还有什么比微板更熟悉的呢?
因为它们是地球实验室的标准设备，NanoRacks要求他们所有的硬件都与微板兼容，比如这个反应堆微板，由NanoRacks设计、制造和优化，用于他们的国际空间站板读取器。图片来源:NanoRacks。
基于对微版的通用性和熟悉度，NanoRacks决定他们的硬件应该具备一些处理微版的能力。他们的第一个商用设备是一个读卡器(2011年首次抵达国际空间站，现在是第二个版本)，很容易符合要求，它本身是一个标准的、熟悉的设备，在地球上几乎每个研究实验室都能找到。接下来是显微镜，也可以用微版，NanoRacks现在已经发展到第三代了。这两种设备都为研究人员提供了他们熟悉的工具，消除了学习新硬件的需要，迈出了巨大的一步。这两种工具对空间站的工作人员来说也很容易使用。
“All the research that you do on the space station is by proxy, either by a machine or a person,” says Carruthers, who ultimately joined as NanoRacks’ chief scientist in 2014. He notes that the person running your experiment “may or may not have any research or science background. And so, to even remove just one bit of that area of unfamiliarity or uncertainty of hardware used on the ISS, by making the research easier to adapt from ground based experiments, or more understandable, or more comfortable — it was a significant step to having … what you have in your lab [on the ground] for the space station.”
重要的是，NanoRacks选择保持他们的标准开源，比如NanoLab的形式因素。“我们正致力于在近地轨道上创建一个真正的商业生态系统，”NanoRacks的商务总监阿德里安•曼朱卡(Adrian Mangiuca)说。“我们不是一个人在做，我们不是依靠一个商业垄断。我们需要一个由买家、卖家、硬件和服务提供商组成的充满活力的社区——这是任何市场可持续发展的要素。”事实上，这就是Manber决定不为最初的NanoLab模型申请专利的根源，而且它已经在国际空间站上获得了回报。
其他公司终于捕获，有些公司甚至建造了微争夺的研究单位，具有与纳米队几乎相同的形式因素。在纳米拉克早期开发的纳米武器标准在更广泛的微再生研究界中占据了更广泛的商业硬件，以满足研究人员对微孔板准备的工具的要求。通过剩下开放和协作，Nanoracks正在帮助培养空间科学界和最终获得收益的服务和硬件生态系统。
果蝇、童子军和太空中的中国有效载荷
Nanoracks的努力正在以有形的方式偿还。还记得那些不幸的水果苍蝇在第一个直播有机载的飞行中挤满了V-2火箭鼻锥吗？由于Nanoracks的标准化硬件和与美国国家航空航天局的关系，水果苍蝇 - 地面和太空中的一项伟大的研究模型 - 再次使其进入太空（并且幸运地为他们返回地球）。一位多产水果飞行研究员的一个纳米拉克客户，能够在一年内飞行三次 - 三倍，她写道比在此之前的一年。自从能够建立更复杂的水果飞行空间研究计划并定期向ISS发送项目。
卡拉瑟斯说:“我们能够让这个微重力研究人员比以前走得更远、更快，这凸显了我们能够为研究人员提供的能力，创造出负担得起、便于转移的东西。”
纳诺人也为芝加哥的童子军部队209提供了一些令人难以置信的科学项目，其中研究了微匍匐细菌基因突变。第二部队在其纳米中使用的光谱测定法研究淀粉样蛋白β - 肽在阿尔茨海默氏症患者的大脑中，负责淀粉样蛋白斑块的肽 - 微匍匐折叠。这两个项目都可能对人类健康产生重要影响 - 无论是在地面和太空中。和纳米拉克的学生的支持不会阻止那里。他们的旋转公司，DreamUp，帮助从小学到博士后的学生实现他们自己的微重力实验，如世界上第一个在太空中的基因组编辑实验。
但也许NanoRacks飞行的最重要的科学有效载荷是与北京理工大学科学家的一个合作项目。研究小组开发了微重力优化PCR芯片，研究了像宇航员在太空中经历的那样，容易受到电离辐射破坏的基因组免疫系统特定区域的突变。其结果是一种便携式和可编程的微型热循环器，它产生的DNA数量与商用热循环器相当或更高。这项研究发表在杂志上《宇航学报并代表了中国在国际空间站上的第一个商业有效载荷——这使NanoRacks成为第一个也是唯一一个实体，无论商业或其他形式——使这一机会成为可能。
在佛罗里达州卡纳维拉尔角的空间生命科学实验室，中国的有效载荷正式移交给NanoRacks。图片来源:NanoRacks。
小努力，大收获
很明显，在过去的几年里，在使太空实验室更接近地球实验室方面已经取得了很多进展，NanoRacks在这些改进中发挥了不小的作用。尽管挑战依然存在对于微重力研究，已经完成了一些真正重要的工作。卡拉瑟斯相信，只要再多一点投资，就能获得更大的收益。
“我们就快成功了，”他说。“如果我们只是打开一点,我们提供研究人员更熟悉的东西,像自动化流体处理,如果我们只稍微容易,想象变化复杂,质量和一致性的研究空间。想象一下研究人员可以理解和生产什么——从生物学到复杂的药物。NanoRacks已经准备好成为这些努力中的关键公司。”
事实上，NanoRacks正与美国宇航局密切合作，探索未来的商业途径，以扩大空间科学的范围。该公司被选为九个领导之一美国宇航局的Leo商业化研究，这在扩大太空中的商业活动的途径中产生了关键洞察。Nanoracks预计从此努力收集的见解将最终导致更可持续，更实惠的空间科学方法。纳米拉克，美国宇航局和空间产业大型接近可持续，有用的空间科学 - 以及生物科学专门 - 作为勘探的中心主题和焦点（而不是昂贵的事后寻求焦点），这些目标将成为现实，永远改变空间科学。
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