國際空間站 -一項國際太空合作計畫

國際空間站

一項國際太空合作計畫
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國際空間站(International Space Station),簡稱ISS,是一個由六個國際主要太空機構聯合推進的國際合作計畫。這六個太空機構分別是美國國家航空航天局、俄羅斯聯邦航天局、歐洲航天局、日本宇宙航空研究開發機構、加拿大國家航天局和巴西航天局。參與該計畫的共有16個國家或地區組織,以美國、俄羅斯為首,其他4個重要成員是歐空局、日本、加拿大和巴西。歐空局成員國中參與到國際空間站計畫的國家有:比利時、丹麥、法國、德國、義大利、挪威、荷蘭、西班牙、瑞典、瑞士和英國,其中英國是項目開始之後參與進來的。

另外,該辭彙也指運行于距離地面400公裏的地球軌道上的該計畫所屬航天器

國際空間站的構想是1983年由美國總統裏根首先提出的,經過近十餘年的探索和多次重新設計,直到蘇聯解體、俄羅斯加盟,國際空間站才于1993年完成設計,開始實施。

  • 中文名稱
    國際空間站
  • 外文名稱
    International Space Station
  • 質量
    369,914公斤
  • 長度
    51米
  • 寬度
    109 米
  • 加壓空間
    837立方米
  • 大氣壓力
    101.3 千帕
  • 近地點
    379.7千米
  • 遠地點
    403.8千米
  • 繞地一圈用時
    90分鍾
  • 軌道傾角
    51.6度

名稱來歷

名字“國際空間站”(英語:International Space Station, ISS;俄文:Международная Космическая станция, МКС)是不同命名之間妥協的產物。國際空間站最初提議的名字是“阿爾法空間站(Alpha)”,但是遭到俄羅斯的反對,俄方認為這樣的命名暗示國際空間站是人類歷史上第一個空間站,可是事實上蘇聯以及後來的俄羅斯先後成功地運行過8個空間站。

國際空間站國際空間站

俄羅斯提議將空間站命名為亞特蘭大(英文:Atlanta),但是這個議案遭到美國的反對,美方認為亞特蘭大的讀音和拼寫太接近傳說中沉沒的大陸“亞特蘭蒂斯”,其中似乎隱含了不祥的征兆,而且亞特蘭大這個名字也容易與美國的一架太空梭“亞特蘭蒂斯號”太空梭相混淆。

雖然國際空間站的命名沒有採用最初提出的阿爾法空間站,但是空間站的無線電呼號卻是阿爾法(Alpha),這個呼號是空間站第一批乘員登站時確定的,當時國際空間站的名字仍然未定,時任NASA主席的丹尼爾·戈登(Daniel S. Goldin)便給空間站取了一個臨時呼號阿爾法,這個呼號最後沿用下來,成為空間站的正式電台呼號。

建造歷程

參與國家

該空間站以美國、俄羅斯為首,包括加拿大、日本、巴西和歐空局等共16個國家參與研製。

國際空間站國際空間站

中國參與國際空間站遭到美國的反對,國際空間站籌劃建設時美國反對邀請中國參與,所以中國沒有成為國際空間站的啓動方。美國認為太空空間站技術有軍事用途,所以反對中國加入。

但是,中國計畫于2022年左右建成自己的空間站。

建造階段

國際空間站計畫的前身是美國國家航空航天局的自由空間站計畫,這個計畫是1980年代美國戰略防御計畫的一個組成部分。在1987年12月1日NASA宣布波音公司、通用電氣公司、麥道飛機公司和洛迪恩推進動力公司獲得了參與建造空間站的訂單。老布希執政期間,星球大戰計畫被擱置,自由空間站也隨之陷入停頓,1993年時任美國總統的比爾·柯林頓正式結束了自由空間站計畫。冷戰結束後在美國副總統戈爾的推動下,自由空間站重獲新生,NASA開始與俄羅斯聯邦航天局接觸,商談合作建立空間站的構想。

國際空間站計畫分三階段進行:

第一階段

1994年至1998年為第一階段——準備階段。已順利完成第一階段的任務。(主要進行了9次美國太空梭與俄羅斯和平號空間站的交會對接,取得了寶貴的經驗)

國際空間站站徽國際空間站站徽

從1994年至1998年,美、俄兩國完成太空梭與俄羅斯“和平”號空間站的9次對接飛行。美國宇航員累計在“和平”號空間站上工作2年,取得了太空梭與空間站交會對接以及在空間站上長期進行生命科學、微重力科學實驗和對地觀測的經驗,可降低國際空間站裝配和運行中的技術風險。

1998年11月20日,國際空間站的第一個組件——曙光號功能貨艙(美國出資,俄羅斯製造)發射成功,標志著國際空間站正式進入第二階段——初期裝配階段。空間站的各個組件大多由NASA的太空梭進行運輸,由于各個組件大多在地面就已經完成建設任務,宇航員在太空隻需要進行很少的操作便可以將組件連線上空間站主體。國際空間站的裝配完成了一半,能夠支持3名宇航員,到國際空間站完全完成之後,根據其設計共可以提供7名宇航員同時工作和生活。

第二階段

此後,國際空間站的第2個組件——美國團結號節點艙于1998年12月4日由奮進號太空梭送入軌道,並于12月7日與曙光號成功對接。第2階段的主要目標是建成1個具有載3人能力的初期空間站。

從1998年至2001年,國際空間站達到有3人在軌工作的能力。1998年11月20日,俄羅斯從哈薩克的拜科努爾航天發射場用“質子”號火箭將國際空間站的第一個部件“曙光”號多功能貨艙(FGB)發射入軌,從而拉開了國際空間站在軌裝配的序幕。同年12月4日,美國“奮進”號太空梭將國際空間站的第二個部件“團結”號節點艙送入軌道,並于12月6日成功地與“曙光”號對接;2000年7月12日,國際空間站的核心組件、俄羅斯建造的“星辰”號服務艙發射入軌,同年11月2日,首批3名宇航員進駐空間站,國際空間站開始長期載人,11月30日,美國“奮進”號太空梭為國際空間站送去兩塊翼展達72米、最大發電量為65千瓦的大型太陽能電池帆板;2001年2月7日,美國的“命運”號實驗艙由“亞特蘭蒂斯”號太空梭送入軌道,4月23日,加拿大製造的遙操作機械臂與國際空間站順利對接,7月12日,美國“亞特蘭蒂斯”號太空梭又把供宇航員出艙活動的“氣閘艙”送入軌道。至此,美國和俄羅斯等國經過太空梭、“質子”號火箭等運輸工具15次的飛行,完成了國際空間站第二階段的裝配工作。

國際空間站機件組裝圖國際空間站機件組裝圖

第三階段

第三階段(2000年~2011年)為最終裝配和套用階段。國際空間站建成後,可載6人,工作壽命為15~20年。

從2001年至2006年,國際空間站完成裝配,達到6~7人長期在軌工作的能力。此階段先組裝美國的桁架結構和俄羅斯的對接艙段,接著發射日本實驗艙和歐空局的哥倫布軌道設施等。

宇航員在國際空間站工作宇航員在國際空間站工作

國際空間站的預算遠遠超過了NASA最初的預計,其建造時間表也比預定的要晚,主要原因就是2003年初發生的哥倫比亞號太空梭失事事件之後,美國宇航局停飛了所有的太空梭。在太空梭停飛的兩年半時間裏,空間站的人員和物資運輸完全依賴俄羅斯的聯盟號飛船,空間站上的科學研究活動也盡可能地被壓縮了。按照預定計畫,空間站的建設將在太空梭重返太空之後在2006年恢復,但是在2005年7月發現號太空梭的STS-114飛行任務完成後,由于太空梭隔熱材料在升空過程中脫落,NASA再次停飛所有太空梭,這使得國際空間站的建設時間表再次拖延。

裝配完成後的國際空間站長110米,寬88米,大致相當于一個足球場大小,總質量達400餘噸,將是有史以來規模最為龐大、設施最為先進的人造天宮,運行在傾角為51.6°、高度為397公裏的軌道上,可供6~7名航天員在軌工作,之後國際空間站將開始一個為期10~15年的永久載人的運行期。

按照計畫,建造整個國際空間站共需要超過50次太空飛行和組裝,整個建造工作完成後,國際空間站將會有1200立方米的內部空間,總重量419000公斤,總輸出功率達到110千瓦,衍架長度108.4米,艙體長度74米,額定乘員6人。

2006年11月15日,國際空間站上的活動首次在地球上進行了高清晰度電視直播,並在紐約的時代廣場大螢幕電視上播放。這是人類首次觀看到來自太空的高清晰度電視直播畫面。直播節目的主角是國際空間站第14長期考察組指令長邁克爾·洛佩斯·阿萊格裏亞,攝像師是站內的隨航工程師托馬斯·賴特爾。這套直播系統名為太空影片網關,直播的清晰度可以達到普通模擬影片的6倍。

2007年1月31日,國際空間站第14長期考察組中的兩名美國宇航員洛佩斯·阿萊格裏亞和蘇尼特·威廉斯成功進行超過7個小時的太空行走。他們將命運號實驗艙的一個冷卻回路從臨時系統接入永久系統,完成了一些電路接線工作,使對接的太空梭能接入並使用站上新太陽能電池板提供的電力,將一個遮光反射罩和隔熱罩丟棄掉,然後將一組舊太陽能電池板上的散熱器回收。

2月4日美國東部時間上午8時38分,這兩名宇航員再度出艙,進行約7個小時的太空行走。他們將命運號實驗艙的另一個冷卻回路從臨時系統接入永久系統,對一個廢棄的氨水冷卻設備進行清理。

同年2月8日,這兩名宇航員完成了6小時40分鍾的第三次太空行走,將空間站外的兩個大型遮蔽罩移除丟棄,並安裝貨物運輸機的幾個附屬裝置。同年2月22日,國際空間站飛行工程師、俄羅斯宇航員米哈伊爾·秋林和洛佩斯·阿萊格裏亞進行一次6個多小時的計畫外太空行走,修復了對接在空間站上的進步M-58飛船的一處未能收攏的天線。

2007年10月30日,美國“發現號”太空梭號太空人日前為國際空間站重新裝配太陽能天線電池板時,電池板出現破裂,美國國家航空航天局(NASA)科學家檢視電池板破損處,了解造成原因。

2011年美國太空梭全部退役又重啓太空船對接計畫。

2011年12月最後一個組件發射上天,完成組裝工作。

組裝計畫

國際空間站在組裝階段,其主要設施由俄羅斯的質子號火箭、歐空局阿裏安5號火箭以及美國的太空梭發射運送。組裝完成後的運輸工作由美國的太空梭、獵戶座號飛船以及俄羅斯的聯盟-TM飛船及進步號貨運飛船完成。美國還計畫研製一種有升力的救生飛船參與工作。

到2000年7月為止,國際空間站已有3個艙送入太空,即俄羅斯提供的功能貨艙、服務艙和美國提供的節點1號艙。按計畫,此後還將陸續發射加拿大製造的遙控機械臂、美國的中央桁架和節點2號艙、日本的實驗艙和站外暴露平台、歐空局的實驗艙和美國的居住艙等。預計在2011年年底將完成全站的組裝任務。

結構功能

主要結構

國際空間站整體設計採用桁架掛艙式結構,即以桁架為基本結構,增壓艙和其它各種服務實施掛靠在桁架上,形成桁架掛艙式空間站。其整體布局如圖所示。大體上看,國際空間站可視為由兩大部分立體交叉組合而成:一部分是以俄羅斯的多功能艙為基礎,通過對接艙段及節點艙,與俄羅斯服務艙、實驗艙、生命保障艙、美國實驗艙、日本實驗艙、歐空局的“哥倫布”軌道設施。

等對接,形成空間站的核心部分;另一部分是在美國的桁架結構上,裝有加拿大的遙操作機械臂服務系統和空間站艙外設備,在桁架的兩端安裝四對大型太陽能電池帆板。這兩大部分垂直交叉構成“龍骨架”,不僅加強了空間站的剛度,而且有利于各分系統和科學實驗設備、儀器工作性能的正常發揮,有利于宇航員出艙裝配與維修等。

國際空間站的各種部件是由合作各國家分別研製,其中美國和俄羅斯提供的部件最多,其次是歐空局、日本、加拿大和義大利。這些部件中核心的部件包括多功能艙、服務艙、實驗艙和遙操作機械臂等。俄羅斯研製的多功能艙(FGB)具有推進、導航、通信、發電、防熱、居住、貯存燃料和對接等多種功能,在國際空間站的初期裝配過程中提供電力、軌道高度控製及電腦指令;在國際空間站運行期間,可提供軌道機動能力和貯存推進劑。俄羅斯服務艙作為國際空間站組裝期間的控製中心,用于整個國際空間站的姿態控製和再推進;它帶有衛生間、睡袋、冰櫃等生保設施,可容納3名宇航員居住;它還帶有一對太陽能電池板,可向俄羅斯部件提供電源。實驗艙是國際空間站進行科學研究的主要場所,包括美國的實驗艙和離心機艙、俄羅斯的研究艙、歐空局的“哥倫布”軌道設施和日本實驗艙。艙內的實驗設備和儀器大部分都是放在國際標準機櫃內,以便于維護和更換。加拿大研製的遙操作機械臂長17.6米,能搬動重量為20噸左右、尺寸為18.3米×4.6米的有效載荷,可用于空間站的裝配與維修、軌道器的對接與分離、有效載荷操作以及協助出艙活動等,在國際空間站的裝配和維護中將發揮關鍵作用。

主要構件

國際空間站由下列部分組成:俄羅斯"進步-M45"、"聯盟-TM23"、"進步-M-C01"飛船,俄羅斯的"晨星"號服務艙、"曙光"號工作艙,美國的"團結"號連線艙和"女神"號實驗艙、俄"黎明"號小型實驗艙等。

空間站共有俄羅斯、美國、歐盟和日本發射的13個艙,重量400噸。

"曙光"號工作艙

"曙光"工作艙是國際空間站的第一個組件,由俄羅斯赫魯尼切夫空間中心和美國波音公司共同研製而成。根據1995年8月簽訂的契約,赫魯尼切夫中心負責貨運艙的設計、生產和試驗。赫魯尼切夫中心于1996年11月27日,即比預定發射時間提前一年完成"曙光"號工作艙的組裝工作。但由于國際空間站的其他一些部件沒有完工,"曙光"號被兩度延後發射。

"曙光"號重量為24.2噸(其中包括4.5噸燃料),長13米,內部容積約72立方米(可用面積為40平方米)。它可以在不補充燃料的情況下連續飛行430晝夜。

"曙光"號一個與和平號空間站類似的大型艙體,用作空間站的基礎,能提供電源、推進、導航、通信、姿控、溫控、充壓的小氣候環境等多種功能。它由和平號空間站上的晶體艙演變而來,設計壽命13年,電源最大功率為6千瓦,裝有可接4個航天器的對接件。

1998年11月20日,俄羅斯"質子-K"號火箭把"曙光"號送入預定軌道。

"團結"號節點艙 (unity node module)

"團結"號節點艙是美國為國際空間站建造的第一個組件,也是國際空間站的第二個組件。

"團結"號節點艙耗資3億美元,直徑5米、長6米,設有6個艙門。它的作用是充當對接口,連線未來升空的其它艙。

1998年12月4日,"團結"號隨美國"奮進"號太空梭升空。12月6日,"團結"號與"曙光"號對接。

"星辰"號服務艙 (zvezda (star) service module)

"星辰"號服務艙由俄羅斯承建,是國際空間站的核心艙。"星辰"號長13米,寬30米,重19噸,造價為3.2億美元。

服務艙由過度艙、生活艙和工作艙等3個密封艙和一個用來放置燃料桶、發動機和通信天線的非密封艙組成。生活艙中設有供宇航員洗澡和睡眠的單獨"房間",艙內有帶冰櫃的廚房、餐桌、供宇航員鍛煉身體的運動器械。艙體上設計的14個舷窗,可供宇航員眺望浩瀚的星空。

"星辰"號配有定位和電視聯系系統,可保障服務艙與俄羅斯科羅廖夫地面飛行控製中心和美國休斯敦地面飛行控製中心的直接聯系。

"星辰"號共有4個對接口,可用于接待載人飛船或貨運飛船。

2000年7月12日,"星辰"號由"質子-K"火箭送入太空;26日,"星辰"號服務艙與國際空間站聯合體對接。

"命運"號實驗艙 (destiny laboratory module)

2001年2月7日,"命運"號實驗艙隨美國"阿特蘭蒂斯"號太空梭升空。"命運"號實驗艙價值14億美元,是國際空間站中最昂貴的組件。它由美國波音公司製造,形似圓筒,長9.3米、直徑4.3米,重13.6噸,上有41.5萬個零件。它不僅是未來空間站成員在接近零重力的狀態下執行科學研究任務的基地,也將作為國際空間站的指揮和控製中心,是國際空間站6個實驗室中最重要的實驗艙之一。

"萊奧納爾多"號多功能後勤艙 (leonardo multipurpose logistics module)

"萊奧納爾多"號多功能後勤艙由義大利研製,價值1.6億美元。它是一個由金屬鋁製成,長21英尺(約為6.4米)、直徑為15英尺(約4.6米)的圓筒,分為16個貨箱,能攜帶9.1噸貨物。後勤艙可重復使用,其功能是為國際空間站運送必需的物資,再將空間站上的廢棄物帶回地面。

空氣阻隔艙 (airlock)

空氣阻隔艙又稱壓力艙,由金屬鋁製造,重約6噸,造價1.64億美元。空氣阻隔艙共有兩個艙室,一個供宇航員執行太空行走任務之前更換宇航服,另一個為宇航員減壓和漂浮到太空的接口。艙內有4個氣罐,各重540千克,用于給空氣阻隔艙加壓。

2001年7月15日,空氣阻隔艙由美國"阿特蘭蒂斯"號太空梭和國際空間站上的宇航員聯合安裝到空間站。空氣阻隔艙是國際空間站與太空間的通道,是航天器有壓空間與太空真空環境間的緩沖地帶,它的安裝使空間站內的宇航員不必再等太空梭的到來就可以進行太空行走。

加拿大第二臂 (Canadarm2)

"加拿大第二臂"又被稱為"大臂",由高強度的金屬鋁、不銹鋼和環氧石墨製成,長19米,重量為1.63噸。

這隻長約17米的巨型機械臂的設計概念是1984年美國前總統裏根提議建設"自由"空間站時產生的,其最初研製目的是,在太空梭不能自行與空間站對接時依靠機械臂將太空梭拉到空間站旁。"加拿大第二臂"由加拿大研製,並由美國"奮進"號太空梭于2001年4月19日攜帶升空,22日被安裝到國際空間站上。與多次隨太空梭升空執行任務的小機械臂相比,它不僅比多次隨太空梭升空執行任務的"小臂"更長,也更結實、更靈活。

"碼頭"多功能對接艙 (mooring compartment module)

"碼頭"多功能對接艙由俄羅斯"能源"火箭航天公司研製,重約4噸,體積為13立方米。對接艙一端與"星辰"號服務艙連線,另一端的對接裝置能與"進步"系列貨運飛船和"聯盟"系列載人飛船對接。對接艙的一側還有一個隔艙,當宇航員穿上宇航服,調節好隔艙中的氣壓後,就可以開啟隔艙門進行太空行走。多功能艙對接艙有助于增加國際空間站與地面間的貨物、人員運輸。

"碼頭"多功能對接艙于2001年9月17日安裝到國際空間站。

"黎明"號小型實驗艙

俄"黎明"號小型實驗艙在2010年5月由美"阿特蘭蒂斯"號太空梭運送至國際空間站。"黎明"號實驗艙長約7米,重約7.8噸,主要用于科學實驗。

構成組件

整個空間站由眾多組件構成:

組件

航次

運載者

發射時間

長度

(m)

直徑

(m)

質量

(kg)

曙光號功能貨艙

1 AR

質子號

1998年11月20日

12.56

4.11

(加註燃料)19,323(空)7983

團結號節點艙(1號節點艙)

2A - STS-88

奮進號

1998年12月4日

5.49(含2個PAM)10.4

4.57

11,612

星辰號服務艙

1R

質子號

2000年7月12日

13.1

4.15

19,050

國際空間站Z1 衍架

3A - STS-92

發現號

2000年10月11日

4.9

4.2

9,978

國際空間站P6 衍架及太陽能電池板

4A - STS-97

奮進號

2000年11月30日

73.2

11.6

15,815

命運號實驗艙

5A - STS-98

亞特蘭蒂斯號

2001年2月7日

8.53(含通用對接機構)9.2

4.27

(空)13,547(滿載)24,023

外部裝載平台1(ESP-1)

5A.1 - STS-102

亞特蘭蒂斯號

2001年3月13日

2.44

0.46

未知

移動維修系統- 空間站遙控機械臂(加拿大臂2)

6A - STS-100

奮進號

2001年4月19日

17.6

0.35

1,796

尋求號氣閘艙(聯合氣閘艙)

7A - STS-104

亞特蘭蒂斯號

2001年7月12日

5.64

4

6,064

碼頭號對接艙- 碼頭號氣密及對接艙

4R - 進步-M-SO1

進步號

2001年9月14日

4.91

2.56

(發射時)4,350(軌道中)3,580

國際空間站 S0衍架

8A - STS-110

亞特蘭蒂斯號

2002年4月8日

13.4

4.6

12,623

移動維修系統- 機械臂移動平台

UF-2 - STS-111

奮進號

2002年6月5日

5.7

2.9

1,450

國際空間站S1衍架

9A - STS-112

亞特蘭蒂斯號

2002年10月7日

(與P1組合)13.7

4.6

12,554

國際空間站 P1衍架

11A - STS-113

奮進號

2002年11月23日

(與S1組合)13.7

4.6

14,003

外部裝載平台2(ESP-2)

LF1 - STS-114

發現號

2005年7月26日

4.00

2.4

未知

國際空間站 P3、P4衍架及太陽能電池板

12A - STS-115

亞特蘭蒂斯號

2006年9月9日

13.8

4.9

15,824

國際空間站 P5衍架

12A.1 - STS-116

發現號

2006年12月9日

3.4

4.5

1,864

國際空間站 S3、S4衍架及太陽能電池板

13A - STS-117

亞特蘭蒂斯號

2007年6月8日

13.66

4.96

16,183

國際空間站 S5衍架

13A.1 - STS-118

奮進號

2007年8月8日

3.4

4.5

1,818

外部裝載平台3(ESP-3)

13A.1 - STS-118

奮進號

2007年8月8日

4.9

3.65

3,400

和諧號節點艙(2號節點艙)

10A - STS-120

亞特蘭蒂斯號

2007年10月23日

7.2

4.4

14,288

哥倫布實驗艙

1E - STS-122

亞特蘭蒂斯號

2008年2月7日

6.9

4.5

(空)10,300(發射)12,077

希望號日本實驗艙- 實驗儲藏艙

1J/A - STS-123

奮進號

2008年3月11日

4.2

4.4

4,200

移動維修系統- 特殊微動作機械手

1J/A - STS-123

奮進號

2008年3月11日

3.67

2.30

1,560

希望號日本實驗艙

1J - STS-124

發現號

2008年5月31日

11.19

4.39

14,787

希望號日本實驗艙- 日本機械臂

1J - STS-124

發現號

2008年5月31日

10.0

0.35

780

國際空間站 S6衍架及太陽能電池板

15A - STS-119

發現號

2009年3月15日

13.84

4.97

14,089

希望號日本實驗艙- 暴露實驗平台

2J/A - STS-127

奮進號

2009年7月15日

5.20

5.00

4,082

迷你研究艙2 (探索號迷你研究艙)

5R - 進步-M-MIM2

進步號

2009年11月10日

4,00

2.6

3,670

寧靜號節點艙(3號節點艙)

20A - STS-130

奮進號

2010年2月8日

6.706

4.480

19,000

穹頂艙

20A - STS-130

奮進號

2010年2月8日

1.500

2.955

1,880

微型研究艙1 (晨曦號微型研究艙)

ULF4 - STS-132

亞特蘭蒂斯號

2010年5月14日

6.00

2.35

(發射時)8,056

5,075

萊昂納多永久補給艙

ULF5 - STS-133

發現號

2011年2月24日

6.4

4.6

(發射時)12,816(空)9,896

主要功能

組裝成功後的國際空間站將作為科學研究和開發太空資源的手段,為人類提供一個長期在太空軌道上進行對地觀測和天文觀測的機會。

在對地觀測方面,國際空間站比遙感衛星要優越。首先它是有人參與到遙感任務之中,因而當地球上發生地震、海嘯或火山噴發等事件時,在站上的航天員可以及時調整遙感器的各種參數,以獲得最佳觀測效果;當遙感器等儀器設備發生故障時,又可隨時維修到正常工作狀態;它還可以通過太空梭或飛船更換遙感儀器設備,使新技術及時得到套用而又節省經費。用它對地球大氣質量進行監測,可長期預報氣候變化。在陸地資源開發,海洋資源利用等方面,也都會從中受益。國際空間站在天文觀測上要比其他航天器優越得多,是了解宇宙天體位置、分布、運動結構、物理狀態、化學組成及其演變規律的重要手段。因為有人參于觀測,再加上空間站在太空的活動位置和多方向性,以及機動的觀察測定方法,因而可充分發揮儀器設備的作用。通過國際空間站,天文學家不僅能獲得宇宙射線,亞原子粒子等重要信息,了解宇宙奧秘,而且還能對影響地球環境的天文事件(如太陽耀斑、暗條爆發等)作出快速反應,及時保護地球,保護在太空飛行的航天器及其成員。

國際空間站上的生命科學研究,可分為人體生命與重力生物學兩方面:人體生命科學的研究成果可直接促進航天醫學的發展,例如,通過多種參數來判斷重力對航天員身體的影響,可提高對人的大腦、神經和骨骼及肌肉等方面的研究水準。重力生物學和材料科學的研究與套用有廣闊的前景,而國際空間站的微重力條件要比和平號空間站和太空梭優越得多,特別是在材料發展上可能起到一次革命性的進展。

僅就太空微重力這一特殊因素來說,國際空間站就能給研究生命科學、生物技術、航天醫學、材料科學、流體物理、燃燒科學等提供比地球上好得多、甚至在地球無法提供的優越條件,直接促進這些科學的進步。同時,國際空間站的建成和套用,也是向著建造太空工廠、太空發電站,進行太空旅遊,建立永久性居住區(太空城堡)向太空其他星球移民等載人航天的遠期目標接近了一步,

研究進展

2014年從5月開始,國際空間站就開始了種植蔬菜的實驗,如果成功了,那麽美國宇航局可能創造歷史,因為宇航員從來沒吃過自己的太空種植的蔬菜,那些太空轉基因的蔬果隻提供給地面的科研機構。

空間站上的宇航員飲食問題目前已經得到了較好的解決,但仍然需要地面發射飛船進行補給,俄羅斯的貨運飛船定期給空間站輸送補給品,如果貨運飛船沒能進入軌道,那麽宇航員的餐飲就要拮據了。現在,宇航員嘗試自己在空間站上種植蔬菜,甚至可發展出自製的太空沙拉。

目前宇航員種植的蔬菜包括了西紅柿、草莓等,但他們還將拓展自己的種植範圍,可以種植各種各樣的蔬果,之所以要在空間站上種植蔬菜,一來是因為這樣可以解決自己的飲食問題,同時也可以研究太空種植蔬菜的方法,這可以不是單純的科研產品,種植出來後需要自己消化掉。但是在微重力環境下種植蔬果存在許多問題,比如空間輻射可造成蔬菜變異,而且種植出來的蔬菜可能使其中的微生物變異,對人體構成危害。

通過此前的空間站蔬菜實驗結果,美國宇航局禁止該機構的宇航員吃生菜,那些從空間站返回地面的蔬果出現不同程度的不可食用特征,最主要的還是空間輻射的問題,微重力環境使得蔬果長得不同地面種植。但是到今年年底,科學家開始測試新的空間站蔬果,目前宇航員已經開始了種植蔬菜行為。

宇航員在太空中的免疫力會出現下降,因此需要蔬菜來補充營養物質,如果不新鮮的蔬菜無法起到類似的效果。種植蔬菜時也會改善空間站的二氧化碳水準,可以幫助空氣凈化器過濾空間站上的異味,如果現在開始著手種植,那麽等到生菜實驗完全成功並製作成沙拉,可能還需要等上好幾年的時間,這項實驗也可以為未來登入火星提供幫助。

站內生活

2014年6月17日,美國航空航天局(NASA)發布了一張國際空間站內的照片,兩名來自美國的宇航員與一名德國宇航員通過筆記本觀看巴西世界杯的比賽。而美國與德國將在小組賽中遭遇。

國際空間站

巴西世界杯正在如火如荼的進行中,全世界的球迷都在關註著這項4年一度的足壇盛事。其實在距離地面250英裏的太空中,宇航員們也在關心著世界杯,三名“來自星星的球迷”還在國際空間站裏觀看了比賽直播。NASA在社交網路上曬出了一張照片,圖片中三名宇航員觀看了10分鍾的世界杯直播。不過在這三名球迷之間有一個小小的尷尬,他們來自兩個國家,分別是德國和美國,而這兩支球隊又被分在了同一小組,將為小組出線而展開爭奪。

內部照片

2015年1月16日, 美國航空航天局發布一組距離地球320千米外國際空間站內部圖片,使我們有幸看到遙遠的太空裏宇航員的真實生存環境。圖中有繽紛的星空和閃耀的地球。但國際空間站內部細節卻不常見。

NASA發布國際空間站內景照片
  
圖示為國際空間站內部操作台,巨大的透明窗以便宇航員觀看外部情況,宇航員通過機械工作站操作圖片右部的機械臂。機械臂被用于抓住來訪貨物輸送機器並幫助宇航員進行太空行走。 國際空間站
大部分照片由內部八部裝有不同鏡頭的相機拍攝,他們被宇航員調整為不同角度不同功能。 國際空間站
圖為宇航員Sandy Magnus在國際空間站內工作。 國際空間站
Don Pettit這張照片攝于2012年登入國際空間站時。宇航員按照要求拍攝地球與其周邊環境的照片,同時記錄重要科學資料,這項工作宇航員們已經進行了14年。 國際空間站
國際空間站內的工作人員必須時刻與空間站其他部分或進行太空行走的同事保持交流。 國際空間站

安全事故

利弊爭議

有很多對NASA持批評觀點的人認為國際空間站計畫是在浪費時間和金錢,並且抑製了其他更有意義的計畫。持有這種觀點的人列舉,花費在國際空間站計畫上的上千億美元和近乎一代人的時間,可以用來實施無數的無人太空任務,或者將這些時間和金錢花在地球上的研究中,也要比國際空間站更有意義。

空間站的支持者認為對于空間站的批評是目光短淺而且帶有欺騙性的,支持者認為花費在載人空間探索上的巨額經費同樣會給地球上的每個人帶來切實的好處。有評估指出,國際空間站計畫所開發的載人航天相關技術的商業套用,會間接帶動全球經濟,其所帶來的收益是最初投資的七倍,也有一些相對保守的估計則認為此種收益隻是最初投資的三倍。還有一些堅定的支持者認為,即便國際空間站在科學方面的意義為零,僅其發揮的推動國際合作的作用,也足以令這個計畫彪炳史冊

躲避垃圾

2012年9月26日美國宇航局(NASA)表示,一個俄羅斯廢棄衛星的碎片和一艘印度火箭的殘骸27日將飛近國際空間站,存在撞擊空間站的可能。若有必要,國際空間站27日可能會做出移動。

國際空間站內三名航天員會借助對接在空間站上的歐洲補給宇宙飛船的動力來移動空間站。歐洲宇宙飛船本來應該已經離開,因為通訊故障,返航時間才被延誤。

2015年7月16日,國際空間站險遭太空垃圾(俄羅斯一顆氣象衛星的殘片)襲擊。當時飛來的碎片離國際空間站隻有3千米,三名宇航員被迫隻能用半小時的時間躲進逃生艙,暫時停留在太空站附近的“聯盟號”宇宙飛船內避難,宇航員需要花一個多小時才能返回國際空間站重新開始工作。這已是國際空間站建立16年來第四次發生類似的事件。據悉,國際空間站所在的軌道上有2.2萬塊由廢棄衛星、火箭殘骸、航天器爆炸和相撞過程中產生的碎片。這些碎片的直徑至少有10釐米,飛行速度為每小時28160千米,會給軌道中運行的飛行器帶來安全威脅。

退役之爭

國際空間站的命運在成為一個新的討論話題。因為稍早些時候,俄羅斯航天署副署長維塔利·維多夫在電視節目中宣稱,國際空間站將于8年後即2020年墜入太平洋,結束自身使命。他同時表示,之所以選擇墜毀的方式,是由于國際空間站結構太復雜,體積也太大,如果滯留在太空,將會成為一堆頗具威脅的太空垃圾。

然而,據美國國家地理雜志線上版刊發的文章稱,俄航天署所作之結論並沒有得到各方的贊同。美國國家航空航天局(NASA)拿出很多支持的論調,意圖佐證國際空間站的使用壽命很有可能將超過2020年,因為俄羅斯方面所謂2020年墜落的判斷並不符合現實情況。

據美國國家地理線上文章稱,空間站的墜落將逃不出地面控製的手掌心。單就美國掌握的技術水準而言,已經有能力在低地球軌道(高于地球表面數百公裏)上同時跟蹤8000個籃球大甚至更大的物體,其中多數是廢棄的火箭和人造衛星,包括500多個航天器殘骸。因而抓住一個空間站,並不能構成挑戰。

歐空局和另外一些參與國也斷然不會輕易放棄使用權,而是想方設法地繼續讓這個基站停留太空中。NASA發言人凱利·漢弗萊斯還暗示,其他多個國際空間站參與國家的負責人已經就空間站的使用問題達成一致,各方正在努力確保其壽命能夠延長到2028年以後。

2014年1月,美國國家航空航天局獲得白宮支持,將國際空間站的使用期再延長4年到2024年。

首位英籍宇航員

歐洲航天局20日宣布,英國人蒂姆·皮克將于2015年作為首位英籍宇航員進入國際空間站執行任務。

冷卻失靈

2013年12月12日,國際空間站在發現閥門問題導致冷卻系統發生故障後,國際空間站于11日關閉許多功能。空間站中的6名宇航員安全無恙。

美國宇航局發言人喬希·拜爾利證實稱,空間站兩套冷卻系統中的一套發生故障,宇航員沒有危險。為了減少溫度控製設備壓力,空間站中許多系統已被關閉,生命維持系統、電力系統以及科學實驗設備則與另一套完好冷卻系統相連。

宇航員們在冷卻系統故障後努力恢復冷卻系統壓力,確保關鍵系統維持正常溫度。這主要取決于空間站處于陽光照射下還是地球陰影中。發生故障的冷卻回路系統產生太多氨水,達到預設溫度最高極限而被關閉。宇航員們懷疑冷卻泵中流量控製閥出現問題。

2013年5月,國際空間站曾發生冷卻劑泄漏問題,2名宇航員曾進行太空行走進行修復。發生故障時空間站上有3名美國宇航員、2名俄羅斯宇航員、1名日本宇航員,他們的駐留期到2014年3月結束。

病毒感染

台北時間2013年11月12日早間訊息,俄羅斯著名安全專家尤金·卡巴斯基披露,一名俄羅斯宇航員攜帶的優盤已經導致國際空間站感染病毒,除此之外,臭名昭著的“震網”病毒也已經感染了俄羅斯的一座核電廠。

卡巴斯基並未披露國際空間站因為病毒感染所受到的具體影響,也沒有透露受感染的日期。但外界猜測,有可能是在聯合太空聯盟2013年5月對國際空間站進行維護時發生的。他們當時將整個系統都更換成了Linux,使之更加“穩定而可靠”。

在此之前,國際空間站上有“數十台筆記本”使用的是Windows XP,該系統比Linux更容易感染惡意軟體。

卡巴斯基表示,感染事件最初發生在科學家們使用的Windows筆記本上,後來由優盤攜帶到國際空間站。但在2013年5月更換成Linux前,國際空間站的控製系統就已經採用了各種版本的Linux。

據科技網站ExtremeTech報道,早在2008年,俄羅斯宇航員就攜帶一台被W32.Gammima. AG蠕蟲感染的Windows XP筆記本前往國際空間站,並很快感染了空間站內的其他Windows XP筆電。

卡巴斯基表示,這一事件表明,不接入網際網路也不能讓你逃避被病毒感染的風險。在另外一起事件中,一家未接入網際網路的俄羅斯核電廠同樣被感染了臭名昭著的“震網”病毒。

雖然並未對主流使用者產生太大影響,但“震網”已經成為有史以來最臭名昭著的病毒之一。雖然美國和以色列政府從未承認,但外界普遍認為,“震網”是這兩國政府聯手開發的,目的是破壞伊朗核設施,阻止該國開發核武器。

由于伊朗納坦茲核反應堆也沒有接入網際網路,所以該病毒同樣是通過優盤傳播的。它可以令離心機的旋轉失去控製,導致工廠出現物理損壞。

卡巴斯基表示,震網、高斯、火焰和紅色十月等病毒都極其復雜,開發成本高達1000萬美元。

據俄羅斯地面飛行控製中心表示,2014年5月13日載人飛船“聯盟TMA-11M”號返回艙在哈薩克預定地點附近著陸,乘坐它從國際空間站返回地球的有:俄羅斯宇航員米哈伊爾·秋林、日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)宇航員若田光一和美國宇航員裏克·馬斯特拉基奧。

下一期考察組成員5月28日將抵達國際空間站,在此之前俄羅斯宇航員亞歷山大·斯科沃爾佐夫、奧列格·阿爾捷米耶夫和美國人史蒂文·斯旺森繼續留在空間站工作。

外殼附浮遊生物

據俄媒20日報道,俄羅斯科學家稱,他們在對取自國際空間站窗戶和牆壁的樣本進行分析時發現,國際空間站的外殼上竟然附著著海洋浮遊生物。不過科學家稱,目前尚不清楚這些浮遊生物如何進入太空的。

報道稱,國際空間站俄羅斯任務組負責人拉基米爾 索洛夫耶夫(Vladimir Solovyev)稱,近期的研究證明,一些生物能夠在國際空間站的外殼上生存。

索洛夫耶夫還稱,一些研究甚至認為,這些生物能夠在真空、低溫、輻射等惡劣的航天條件下生長。

索洛夫耶夫表示,這一實驗得出的結果非常獨特,科學家們在國際空間站的表面上找到了浮遊生物的痕跡,這將成為進一步研究的課題。不過他指出,目前尚不清相互這些浮遊生物是如何進入太空的。

科學家稱,實驗中發現的浮遊生物可以在海洋中找到,但在國際空間站宇航員和貨物的升空地點、位于哈薩克的拜科努爾發射場卻不常見。

氨氣泄漏事故

2015年1月14日,美國宇航局證實國際空間站上發生氨氣泄漏事故。目前空間站上的宇航員安全,正在擬定解決問題的計畫。

氨氣泄漏發生在國際空間站的美國部分,有毒物質從冷卻系統進入了空間站的空氣中。宇航員已經疏散到了俄羅斯區域,人員安全。受污染的單元已經被封鎖,空氣污染物的水準在可接受範圍之內,人員暫時沒有進一步疏散到“聯盟號”上的必要。

俄羅斯任務控製中心的負責人稱,進一步的措施需要由位于美國休斯敦的美方控製中心擬定計畫。

運送人員

“聯盟-FG”火箭于莫斯科時間27日22時42分(台北時間28日3時42分)將載人飛船發射升空。按計畫,大約6小時後飛船將通過快速對接模式與國際空間站實現對接。此次飛赴國際空間站的是俄羅斯宇航員根納季·帕達爾卡、米哈伊爾·科爾尼延科與美國宇航員斯科特·凱利。

國際空間站

科爾尼延科與凱利將在國際空間站工作約一年時間。已有4次國際空間站值守經歷的帕達爾卡將完成半年的值守任務,並將在完成後以878天的紀錄重新整理在國際空間站工作總天數最長紀錄。3名宇航員將在國際空間站完成以醫學為主要內容的約50項科學實驗,並迎接輸送物資的貨運飛船等。

“聯盟TMA-16M”載人飛船預計于莫斯科時間28日4時36分(台北時間28日9時36分)與國際空間站對接。目前,在國際空間站值守的3名宇航員為俄羅斯宇航員安東·什克普列羅夫、歐洲宇航員薩曼莎·克裏斯托弗雷蒂和美國宇航員特裏·維爾特斯。

執行任務

2015年12月13日,英國宇航員蒂姆·皮克將搭乘俄羅斯“聯盟”號宇宙飛船,從哈薩克拜科努爾衛星發射基地發射升空到國際空間站,執行一項名為“原理(Principia)”的任務。

英國宇航員蒂姆·皮克英國宇航員蒂姆·皮克

與蒂姆·皮克一起奔赴國際空間站的還有俄羅斯宇航員尤裏·馬連琴科和美國宇航員提摩西·科波拉。皮克將在國際空間站工作7個月,從事一項與醫學科學、放射物理學和材料科學有關的科學實驗。

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