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国际空间站

又称“国际太空站”

国际空间站(英文名称:International Space Station,简称ISS),是迄今为止人类设计建造的最复杂最大的在轨航天器,是一个由六个国际主要航天机构联合推进的国际合作计划。

这六个航天机构分别是美国国家航空航天局俄罗斯联邦航天局欧洲航天局日本宇宙航空研究开发机构、加拿大国家航天局和巴西航天局。参与该计划的共有16个国家或地区组织,以美国、俄罗斯为首,其他4个重要成员是欧洲航天局、日本、加拿大和巴西。欧洲航天局成员国中参与到国际空间站计划的国家有:比利时、丹麦、法国、德国、意大利、挪威、荷兰、西班牙、瑞典、瑞士和英国,其中英国是项目开始之后参与进来的。

国际空间站的设想是1983年由美国总统里根首先提出的,经过近十余年的探索和多次重新设计,直到苏联解体、俄罗斯加盟,国际空间站才于1993年完成设计,开始实施。经美国和俄罗斯达成协议,国际空间站使用寿命将延长至2024年。

中国曾表达参与国际空间站项目的意向,但因美国反对而被排斥在外。中国自己设计建造的空间站预计于2022年建成。

中文名称国际空间站英文名称International Space Station
简称ISS质量419吨
长度88米宽度109米
高度20米加压空间1200立方米
额定宇航员6人

命名

“国际空间站”的名称(英文名称:International Space Station,简称:ISS;俄文名称:Международная Космическая станция,简称:МКС)是不同命名之间妥协的产物。

国际空间站最初提议的名字是“阿尔法(Alpha)空间站”,但是遭到俄罗斯的反对,俄方认为此名字暗示国际空间站是人类历史上第一个空间站,而苏联及后来的俄罗斯先后成功地运行过8个空间站。

俄罗斯提议将空间站命名为亚特兰大(Atlanta),但是这个议案遭到美国的反对,美方认为亚特兰大的读音和拼写太接近传说中沉没的大陆“亚特兰蒂斯”,其中似乎隐含了不祥的征兆,而且亚特兰大这个名字也容易与美国的一架航天飞机“亚特兰蒂斯号”航天飞机相混淆。

虽然国际空间站的命名没有采用最初提出的阿尔法空间站,但是空间站的无线电呼号却是“阿尔法”,这个呼号是空间站第一批乘员登站时确定的,当时国际空间站的名字仍然未定,时任美国宇航局主席的丹尼尔·戈登将空间站的临时呼号定为阿尔法,此呼号后来沿用下来,成为空间站的正式电台呼号。

发展历程

国际空间站计划的前身是美国国家航空航天局的自由空间站计划,这个计划是1980年代美国战略防御计划计划的一个组成部分。在1987年12月1日美国国家航空航天局宣布波音公司、通用电气公司、麦道飞机公司和洛迪恩推进动力公司获得了参与建造自由空间站的订单。老布什执政期间,星球大战计划被搁置,自由空间站也随之陷入停顿,1993年时任美国总统的比尔·克林顿正式结束了自由空间站计划。冷战结束后在美国副总统戈尔的推动下,自由空间站重获新生,美国国家航空航天局开始与俄罗斯联邦航天局接触,商谈合作建立空间站的构想。

1998年11月国际空间站的第一个组件曙光号功能货舱进入预定轨道,同年12月,由美国制造的团结号节点舱升空并与曙光号连接,2000年7月星辰号服务舱与空间站连接。2000年11月2日首批宇航员登上国际空间站。

建造初期的国际空间站

图:建造初期的国际空间站

国际空间站的各个组件大多由美国国家航空航天局的航天飞机进行运输,由于各个组件大多在地面就已经完成建设任务,宇航员在太空只需要进行很少的操作便可以将组件连接上空间站主体。国际空间站完全完成之后,根据其设计共可以提供7名宇航员同时工作和生活。

国际空间站的预算远远超过了美国国家航空航天局最初的预计,其建造时间表也比预定的要晚,其主要原因是2003年发生哥伦比亚号航天飞机失事事件之后,美国国家航空航天局停飞了所有的航天飞机。在航天飞机停飞的两年半时间里,空间站的人员和物资运输完全依赖俄罗斯的联盟号飞船,空间站上的科学研究活动也尽可能地被压缩了。按照预定计划,空间站的建设将在航天飞机重返太空之后在2006年恢复,但是在2005年7月发现号航天飞机的STS-114飞行任务完成后,由于航天飞机隔热材料在升空过程中脱落,美国国家航空航天局再次停飞所有航天飞机,这使得国际空间站的建设时间表再次拖延。

2006年11月15日,国际空间站上的活动首次在地球上进行了高清电视直播,并在纽约的时代广场大屏幕电视上播放。这是人类首次观看到来自太空的高清电视直播画面。直播节目的主角是国际空间站第14长期考察组指令长迈克尔·洛佩斯-阿莱格里亚,摄像师是站内的随航工程师托马斯·赖特尔。这套直播系统名为太空影片网关,直播的清晰度可以达到普通模拟影片的6倍。

2007年1月31日,国际空间站第14长期考察组中的两名美国宇航员洛佩斯-阿莱格里亚和苏尼特·威廉斯成功进行超过7个小时的太空漫步。他们将命运号实验舱的一个冷却回路从临时系统接入永久系统,完成了一些电路接线工作,使对接的航天飞机能接入并使用空间站上新太阳能电池板提供的电力,将一个遮光反射罩和隔热罩丢弃,然后将一组旧太阳能电池板上的散热器回收。2月4日美国东部时间上午8时38分,这两名宇航员再度出舱,进行约7个小时的太空漫步。他们将命运号实验舱的另一个冷却回路从临时系统接入永久系统,对一个废弃的氨水冷却设备进行清理。2月8日,这两名宇航员完成了6小时40分钟的第三次太空漫步,将空间站外的两个大型遮罩移除丢弃,并安装货物运输机的几个附属装置。2月22日,国际空间站飞行工程师、俄罗斯宇航员米哈伊尔·秋林和洛佩斯-阿莱格里亚进行一次6个多小时的计划外太空漫步,修复了对接在空间站上的进步M-58飞船的一处未能收拢的天线。

建造完成的国际空间站

图:建造完成的国际空间站

2007年10月30日,美国发现号航天飞机宇航员为国际空间站重新装配太阳能天线电池板时,电池板出现破裂,美国国家航空航天局科学家检视电池板破损处,了解造成原因。

2009年3月,美国国家航空航天局网站开始线上直播国际空间站即时画面,空间站工作人员睡觉或者下班的时候,全球互联网用户可以通过网络欣赏空间站的直播影像。

空间站结构

国际空间站总体设计采用桁架挂舱式结构,即以桁架为基本结构,增压舱和其它各种服务实施挂靠在桁架上,形成桁架挂舱式空间站。其总体布局如图所示。大体上看,国际空间站可视为由两大部分立体交叉组合而成:一部分是以俄罗斯的多功能舱为基础,通过对接舱段及节点舱,与俄罗斯服务舱、实验舱、生命保障舱、美国实验舱、日本实验舱、欧洲航天局的“哥伦布”轨道设施。

国际空间站的各种部件是由合作各国家分别研制,其中美国和俄罗斯提供的部件最多,其次是欧洲航天局、日本、加拿大和意大利。这些部件中核心的部件包括多功能舱、服务舱、实验舱和遥操作机械臂等。俄罗斯研制的多功能舱(FGB)具有推进、导航、通信、发电、防热、居住、贮存燃料和对接等多种功能,在国际空间站的初期装配过程中提供电力、轨道高度控制及计算机指令;在国际空间站运行期间,可提供轨道机动能力和贮存推进剂。俄罗斯服务舱作为国际空间站组装期间的控制中心,用于整个国际空间站的姿态控制和再推进;它带有卫生间、睡袋、冰箱等生保设施,可容纳3名宇航员居住;它还带有一对太阳能电池板,可向俄罗斯部件提供电源。实验舱是国际空间站进行科学研究的主要场所,包括美国的实验舱和离心机舱、俄罗斯的研究舱、欧洲航天局的“哥伦布”轨道设施和日本实验舱。舱内的实验设备和仪器大部分都是放在国际标准机柜内,以便于维护和更换。加拿大研制的遥操作机械臂长17.6米,能搬动重量为20吨左右、尺寸为18.3米×4.6米的有效载荷,可用于空间站的装配与维修、轨道器的对接与分离、有效载荷操作以及协助出舱活动等,在国际空间站的装配和维护中将发挥关键作用。

空间站主要组件

空间站共有俄罗斯、美国、欧洲航天局和日本发射的13个舱,重量400吨。

国际空间站各节点配置图

图:国际空间站各节点配置图

“曙光”工作舱

“曙光”工作舱是国际空间站的第一个组件,是由美国出资、俄罗斯制造的。“曙光”工作舱由俄罗斯赫鲁尼切夫空间中心和美国波音公司共同研制而成。根据1995年8月签订的合同,赫鲁尼切夫中心负责货运舱的设计、生产和试验。赫鲁尼切夫中心于1996年11月27日,即比预定发射时间提前一年完成“曙光”工作舱的组装工作。但由于国际空间站的其他一些部件没有完工,“曙光”工作舱被两度推迟发射。

“曙光”号工作舱

图:“曙光”号工作舱

“曙光”工作舱重量为24.2吨(其中包括4.5吨燃料),长13米,内部容积约72立方米(可用面积为40平方米)。它可以在不补充燃料的情况下连续飞行430天。

“曙光”工作舱一个与和平号空间站类似的大型舱体,用作空间站的基础,能提供电源、推进、导航、通信、姿控、温控、充压的小气候环境等多种功能。它由和平号空间站上的晶体舱演变而来,设计寿命13年,电源最大功率为6千瓦,装有可接4个航天器的对接件。

1998年11月20日,俄罗斯成功使用质子-K运载火箭将“曙光”工作舱送入预定轨道。

“团结”号节点舱

“团结”号节点舱是美国为国际空间站建造的第一个组件,也是国际空间站的第二个组件。“团结”号节点舱耗资3亿美元,直径5米、长6米,设有6个舱门。它的作用是充当对接口,连接未来升空的其它舱。

“团结”号节点舱

图:“团结”号节点舱

1998年12月4日,“团结”号节点舱随美国奋进号航天飞机发射升空。12月6日,“团结”号节点舱与“曙光”号成功对接。

“星辰”号服务舱

“星辰”号服务舱由俄罗斯承建,是国际空间站的核心舱。“星辰”号服务舱长13米,宽30米,重19吨,造价为3.2亿美元。服务舱由过度舱、生活舱和工作舱等3个密封舱和一个用来放置燃料桶、发动机和通信天线的非密封舱组成。生活舱中设有供宇航员洗澡和睡眠的单独“房间”,舱内有带冰箱的厨房、餐桌、供宇航员锻炼身体的运动器械。舱体上设计的14个舷窗,可供宇航员眺望浩瀚的星空。

“星辰”号服务舱

图:“星辰”号服务舱

“星辰”号服务舱配有定位和电视联系系统,可保障服务舱与俄罗斯科罗廖夫地面飞行控制中心和美国休斯敦地面飞行控制中心的直接联系。“星辰”号服务舱共有4个对接口,可用于与载人飞船或货运飞船对接。

2000年7月12日,“星辰”号服务舱由质子-K运载火箭发射送入太空;26日,“星辰”号服务舱与国际空间站联合体对接。

“命运”号实验舱

2001年2月7日,“命运”号实验舱随美国亚特兰蒂斯号航天飞机升空。“命运”号实验舱价值14亿美元,是国际空间站中最昂贵的组件。

“命运”号实验舱

图:“命运”号实验舱

“命运”号实验舱是由美国波音公司制造,形似圆筒,长9.3米、直径4.3米,重13.6吨,上有41.5万个零件。它不仅是未来空间站成员在接近零重力的状态下执行科学研究任务的基地,也将作为国际空间站的指挥和控制中心,是国际空间站6个实验室中最重要的实验舱之一。

“码头”多功能对接舱

“码头”多功能对接舱由俄罗斯能源火箭航天公司研制,重约4吨,体积为13立方米。对接舱一端与“星辰”号服务舱连接,另一端的对接装置能与进步号货运飞船和联盟号载人飞船对接。对接舱的一侧还有一个隔舱,当宇航员穿上宇航服,调节好隔舱中的气压后,就可以打开隔舱门进行太空行走。多功能舱对接舱有助于增加国际空间站与地面间的货物、人员运输。

“码头”多功能对接舱于2001年9月17日成功与国际空间站对接。

列奥纳多号永久性多功能舱

列奥纳多号永久性多功能舱由意大利研制,价值1.6亿美元。它是一个由金属铝制成,长约为6.4米、直径约4.6米的圆筒,分为16个货箱,能携带9.1吨货物。后勤舱可重复使用,其功能是为国际空间站运送必需的物资,再将空间站上的废弃物带回地面。

寻求号气密舱

寻求号气密舱,由金属铝制造,重约6吨,造价1.64亿美元。空气阻隔舱共有两个舱室,一个供宇航员执行太空行走任务之前更换宇航服,另一个为宇航员减压和漂浮到太空的接口。舱内有4个气罐,各重540千克,用于给空气阻隔舱加压。

寻求号气密舱

图:寻求号气密舱

2001年7月15日,空气阻隔舱由美国亚特兰蒂斯号航天飞机和国际空间站上的宇航员联合安装到空间站。空气阻隔舱是国际空间站与太空间的通道,是航天器有压空间与太空真空环境间的缓冲地带,它的安装使空间站内的宇航员不必再等航天飞机的到来就可以进行太空行走。

加拿大第二臂

加拿大第二臂又被称为“大臂”,由高强度的金属铝、不锈钢和环氧石墨制成,长19米,重量为1.63吨。

这只长约17米的巨型机械臂的设计概念是1984年美国前总统里根提议建设“自由”空间站时产生的,其最初研制目的是,在航天飞机不能自行与空间站对接时依靠机械臂将航天飞机拉到空间站旁。加拿大第二臂由美国奋进号航天飞机于2001年4月19日携带升空,22日被安装到国际空间站上。与多次随航天飞机升空执行任务的小机械臂相比,它不仅比多次随航天飞机升空执行任务的"小臂"更长,也更结实、更灵活。

“黎明”号小型实验舱

“黎明”号小型实验舱是由俄罗斯研制的,并于2010年5月由美国亚特兰蒂斯号航天飞机运送至国际空间站。“黎明”号实验舱长约7米,重约7.8吨,主要用于科学实验。

建造计划

按照计划,建造整个国际空间站共需要超过50次太空飞行和组装,其中的39次飞行需要由航天飞机完成,有大约30次飞行和装配任务需要进步号货运飞船提供支持。整个建造工作完成后,国际空间站将会有1200立方米的内部空间,总重量419000公斤,总输出功率达到110千瓦,衍架长度108.4米,舱体长度74米,额定乘员6人。

整个空间站由众多组件构成:

组件 运载工具 发射时间 长度(m) 直径(m) 质量(kg)
曙光号功能货舱 质子号运载火箭 1998年11月20日 12.6 4.1 19,323
团结号节点舱(1号节点舱) 奋进号航天飞机 1998年12月4日 5.49 4.57 11,612
星辰号服务舱 质子号运载火箭 2000年7月12日 13.1 4.15 19,050
国际空间站衍架 - Z1衍架 发现号航天飞机 2000年10月11日 4.9 4.2 8,755
国际空间站衍架 - P6衍架及太阳能电池板 奋进号航天飞机 2000年11月30日 73.2 10.7 15,824
命运号实验舱 亚特兰蒂斯号航天飞机 2001年2月7日 8.53 4.27 14,515
外部装载平台1 (ESP-1) 亚特兰蒂斯号航天飞机 2001年3月13日 4.9 3.65 2,676
移动维修系统 - 空间站遥控机械臂(加拿大臂2) 奋进号航天飞机 2001年4月19日 17.6 0.35 4,899
寻求号气密舱(联合气密舱) 亚特兰蒂斯号航天飞机 2001年7月12日 5.5 4 6,064
码头号对接舱 - 码头号气密及对接舱 进步号货运飞船 2001年9月14日 4.9 2.3 3,676
国际空间站衍架 - S0衍架 亚特兰蒂斯号航天飞机 2002年4月8日 13.4 4.6 13,971
移动维修系统 - 机械臂移动平台 奋进号航天飞机 2002年6月5日 5.7 2.9 1,450
国际空间站衍架 - S1衍架 亚特兰蒂斯号航天飞机 2002年10月7日 13.7 4.6 14,124
国际空间站衍架 - P1衍架 奋进号航天飞机 2002年11月23日 13.7 4.6 14,003
外部装载平台2 (ESP-2) 发现号航天飞机 2005年7月26日 4.9 3.65 2,676
国际空间站衍架 - P3、P4衍架及太阳能电池板 亚特兰蒂斯号航天飞机 2006年9月9日 13.8 4.8 15,824
国际空间站衍架 - P5衍架 发现号航天飞机 2006年12月9日 3.4 4.6 1,864
国际空间站衍架 - S3、S4衍架及太阳能电池板 亚特兰蒂斯号航天飞机 2007年6月8日 13.7 5 16,183
国际空间站衍架 - S5衍架 奋进号航天飞机 2007年8月8日 3.4 4.6 1,864
外部装载平台3 (ESP-3) 奋进号航天飞机 2007年8月8日 4.9 3.65 2,676
和谐号节点舱(2号节点舱) 亚特兰蒂斯号航天飞船 2007年10月23日 7.2 4.4 14,288
哥伦布实验舱 亚特兰蒂斯号航天飞机 2008年2月7日 6.9 4.5 19,300
希望号日本实验舱 - 实验储藏舱 奋进号航天飞机 2008年3月11日 3.9 4.4 4,200
移动维修系统 - 特殊微动作机械手 奋进号航天飞机 2008年3月11日 3.67 6.7 1,560
希望号日本实验舱 发现号航天飞机 2008年5月31日 11.19 4.39 14,800
希望号日本实验舱 - 日本机械臂 发现号航天飞机 2008年5月31日 10 0.35 780
国际空间站衍架 - S6衍架及太阳能电池板 发现号航天飞机 2009年3月15日 13.84 4.97 14,100
希望号日本实验舱 - 外部实验平台 奋进号航天飞机 2009年7月15日 5.2 5 4,100
迷你研究舱2(探索号迷你研究舱) 进步号航天飞机 2009年11月10日 2.25 4.049 3,670
宁静号节点舱(3号节点舱) 奋进号航天飞机 2010年2月8日 6.706 4.48 19,000
穹顶舱 奋进号航天飞机 2010年2月8日 1.5 2.955 1,880
迷你研究舱1(晨曦号迷你研究舱) 亚特兰蒂斯号航天飞机 2010年5月14日 6 2.35 8,015
多用途增压舱 发现号航天飞机 2011年2月24日 N/A N/A N/A

空间站功能

组装成功后的国际空间站将作为科学研究和开发太空资源的手段,为人类提供一个长期在太空轨道上进行对地观测和天文观测的机会。

在对地观测方面,国际空间站比遥感卫星要优越。首先它是有人参与到遥感任务之中,因而当地球上发生地震、海啸或火山喷发等事件时,在站上的航天员可以及时调整遥感器的各种参数,以获得最佳观测效果;当遥感器等仪器设备发生故障时,又可随时维修到正常工作状态;它还可以通过航天飞机或飞船更换遥感仪器设备,使新技术及时得到应用而又节省经费。用它对地球大气质量进行监测,可长期预报气候变化。在陆地资源开发,海洋资源利用等方面,也都会从中受益。国际空间站在天文观测上要比其他航天器优越得多,是了解宇宙天体位置、分布、运动结构、物理状态、化学组成及其演变规律的重要手段。因为有人参于观测,再加上空间站在太空的活动位置和多方向性,以及机动的观察测定方法,因而可充分发挥仪器设备的作用。通过国际空间站,天文学家不仅能获得宇宙射线,亚原子粒子等重要信息,了解宇宙奥秘,而且还能对影响地球环境的天文事件(如太阳耀斑、暗条爆发等)作出快速反应,及时保护地球,保护在太空飞行的航天器及其成员。

国际空间站上的俄罗斯美女宇航员

图:国际空间站上的俄罗斯美女宇航员

国际空间站上的生命科学研究,可分为人体生命与重力生物学两方面:人体生命科学的研究成果可直接促进航天医学的发展,例如,通过多种参数来判断重力对航天员身体的影响,可提高对人的大脑、神经和骨骼及肌肉等方面的研究水平。重力生物学和材料科学的研究与应用有广阔的前景,而国际空间站的微重力条件要比和平号空间站和航天飞机优越得多,特别是在材料发展上可能起到一次革命性的进展。

仅就太空微重力这一特殊因素来说,国际空间站就能给研究生命科学、生物技术、航天医学、材料科学、流体物理、燃烧科学等提供比地球上好得多、甚至在地球无法提供的优越条件,直接促进这些科学的进步。同时,国际空间站的建成和应用,也是向着建造太空工厂、太空发电站,进行太空旅游,建立永久性居住区(太空城堡)向太空其他星球移民等载人航天的远期目标接近了一步。

延长寿命

2015年3月28日,俄罗斯联邦航天局局长科马罗夫与美国国家航空航天局局长博尔登当天在哈萨克斯坦的拜科努尔航天发射场召开新闻发布会。科马罗夫说,俄美航天部门对于将“国际空间站的使用寿命由2020年延长至2024年”达成一致并签署协议。俄美双方正对国际空间站的未来使用、载人航天项目共同保障体系等问题展开研究。

争议

批评者

有很多持批评观点的人认为国际空间站计划是在浪费时间和金钱,并且抑制了其他更有意义的计划。持有这种观点的人列举,花费在国际空间站计划上的上千亿美元和近乎一世代的时间,可以用来实施无数的无人太空任务,或者将这些时间和金钱花在地球上的研究中,也要比国际空间站更有意义。

支持者

空间站的支持者认为对于空间站的批评是目光短浅而且带有欺骗性的,支持者认为花费在载人空间探索上的巨额经费同样会给地球上的每个人带来切实的好处。有评估指出,国际空间站计划所开发的载人航天相关技术的商业应用,会间接带动全球经济,其所带来的收益是最初投资的七倍,也有一些相对保守的估计则认为此种收益只是最初投资的三倍。还有一些坚定的支持者认为,即使国际空间站在科学方面的意义为零,仅其发挥的推动国际合作的作用,也足以令这个计划彪炳史册。

国际空间站
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最新更新:2015-08-03 13:09
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