Verwijder drijfvermogen, sedimentatie en natuurlijke convectie, en de natuurkunde—en biologie—gedragen zich op verrassende manieren. Dat is het uitgangspunt van onderzoek naar zwaartekrachtloosheid op platforms zoals het Internationaal Ruimtestation (ISS), valtorens, paraboolvluchten en suborbitale raketten. In de afgelopen twee decennia heeft dit gewichtloze laboratorium experimenten mogelijk gemaakt die op aarde moeilijk of onmogelijk zijn, van kwantumgassen die langer blijven hangen tot vlammen die branden zonder zichtbare gloed. De resultaten herschrijven aannames uit leerboeken, informeren de ruimtevaarttechniek en leggen de basis voor praktische vooruitgangen in de geneeskunde en productie. Nu nieuwe faciliteiten beschikbaar komen en commerciële stations vorm krijgen, ontwikkelt microzwaartekracht zich van een nieuwigheid tot een precisie-instrument voor ontdekkingen.
Microzwaartekracht verwijdert zwaartekrachtgedreven effecten die subtiele verschijnselen verhullen, waardoor het ISS verandert in een zuivere testomgeving voor fundamentele wetenschap. Zonder opwaartse menging of deeltjesneerslag kunnen onderzoekers diffusie, oppervlaktespanning en andere krachten isoleren die op aarde moeilijk te onderzoeken zijn. Kortdurende platforms—valtorens en paraboolvluchten—stellen wetenschappers in staat snel te itereren, terwijl suborbitale voertuigen minuten van stille vrije val bieden voor complexere ladingen. Samen maken deze toegangsniveaus snelle prototyping op de grond en langdurige verfijning in een baan om de aarde mogelijk.
In de fundamentele fysica en vloeistofwetenschap zijn de vooruitgangen opmerkelijk. NASA's Cold Atom Lab heeft ultrakoude kwantumgassen in een baan om de aarde geproduceerd, waardoor observatietijden worden verlengd en nieuwe studies naar Bose-Einstein-condensaten en materiegolfgedrag mogelijk worden. Verbrandingsonderzoeken zoals het Flame Extinguishment Experiment onthulden "koude vlammen", laagtemperatuurreacties die blijven bestaan nadat een zichtbare vlam is gedoofd, wat bijdraagt aan schonere motoren en brandveiligheid in ruimtevaartuigen. Experimenten met capillaire stroming en koken hebben in kaart gebracht hoe vloeistoffen zichzelf organiseren en warmte overdragen zonder zwaartekracht, wat ontwerpen voor passief brandstofbeheer en compacte thermische regelsystemen vormgeeft.
Materiaalonderzoek benut microzwaartekracht om structuren te verfijnen van atomair tot macroscopisch niveau. Studies naar legeringsstolling met behulp van elektromagnetische levitatie volgen hoe metalen nucleëren en microstructuren vormen wanneer convectie wordt onderdrukt, wat modellen voor sterkere, lichtere componenten verbetert. Vezelproductie in een baan om de aarde streeft ernaar ZBLAN optische vezels te produceren met minder kristallisatiegebreken; vroege campagnes hebben lengtes vervaardigd voor grondtests om verlies en uniformiteit te beoordelen. Additieve productiefaciliteiten op het ISS hebben sinds 2016 polymeergereedschappen en testartikelen in 3D geprint, wat productie op aanvraag demonstreert en toekomstige fabricage van metalen en precisie-optica in de ruimte begeleidt.
Levenswetenschappen zijn misschien wel de meest zichtbare—en direct relevante—grens. Eiwitkristalgroei in microzwaartekracht levert vaak grotere, beter geordende kristallen op, wat de structuurvaststelling voor medicijnontwerp verbetert; industriële teams, waaronder Merck, hebben studies naar antilichaamkristallisatie uitgevoerd om betere formuleringen te verkennen. Weefselchips die het hart, de longen, de nieren en de bloed-hersenbarrière modelleren, laten onderzoekers versnelde veroudering en ziekteachtige veranderingen observeren, wat biomedisch inzicht versnelt. De snelle botverlies en immuunverschuivingen door ruimtevluchten informeren nieuwe benaderingen voor osteoporose en immuungezondheid op aarde.
Plantenkweeksystemen zoals Veggie en de Advanced Plant Habitat hebben onthuld hoe gewassen omgaan met stress in de ruimte en bevestigd dat in de ruimte geteelde bladgroenten veilig kunnen worden gegeten.
