想象一下，你早上醒來，望向窗外，看到廣闊的藍色地平線和黑暗的太空。世界在你腳下展開。當你每90分鐘環繞地球一周時，山脈、湖泊和海洋就會随時間在你眼中流過。聽起來像是科幻小說裡虛構的東西，但對于國際空間站(ISS)的宇航員來說，這是他們的日常。

圖解:太空探索拍攝了國際空間站的照片。更多太空探索圖片。圖片由NASA提供

1984年，美國總統羅納德·裡根(Ronald Reagan)提議美國與其他幾個國家合作，建立一個由政府和工業部門支持的永久居住空間站。美國和其他14個國家——加拿大、日本、巴西和歐洲航天局(英國、法國、德國、比利時、意大利、荷蘭、丹麥、挪威、西班牙、瑞士和瑞典)等國家和組織決定實現裡根的設想。蘇聯解體後，美國邀請俄羅斯參與國際空間站項目，目前該項目仍處于規劃階段，參與的國家達到了16個。

由美國宇航局帶頭協調國際空間站的建設，今天國際空間站作為一個軌道實驗室，用于生命、物理、地球和材料科學的實驗。在1998年空間站才開始組裝。國際空間站大約有38個模塊，至少需要44次航天飛行才能将組件送入軌道。組裝和維護國際空間站需要160次太空行走，總計1920個工時。國際空間站在2011年完工，壽命為10年。這個項目的成本估計從350億美元到1000多億美元不等。[資料來源:美國宇航局國際空間站參考指南和Boyle]

在這篇文章中，我們将看看國際空間站的各個部分，它是如何為人類在太空中建造一個生存環境的，它是如何發電的，在國際空間站上生活和工作是什麼樣子的，以及，我們将如何使用國際空間站。首先，我們将從它的部件和裝配開始講起。

部件和裝配

圖解:日本的國際空間站“希望号”和“亞特蘭蒂斯”号航天飛機與空間站對接-圖片由NASA提供

建造國際空間站(ISS)就像用孩子的樂高積木或K'nex積木制作玩具一樣。國際空間站有100多個部件，所有這些部件都連接在一起。這些部分可以分為以下幾類:

•增壓模塊——如Zarya、Zveda、Destiny、Columbus和Harmony——為宇航員居住和工作的生活區、設備室和實驗室提供了透氣、溫暖的環境。

•節點将模塊連接在一起，并允許ISS的結構向外拓展。

•對接端口允許各種太空飛行器連接到國際空間站。

•一個長線性桁架位于受壓模塊之上，形成一個梁框架，太陽能電池闆和散熱器連接在一起。一個可移動的，自動的，服務手臂，沿着桁架移動來運輸貨物和實驗的包裹。

•外部研究設施沿着國際空間站外部提供多個安裝位置，用于完全暴露于太空環境的實驗。

•聯盟号(Soyuz)飛船和進步号(Progress)補給飛船等航天器與國際空間站(ISS)對接，運送宇航員和補給物資。

國際空間站的組裝開始于1998年11月，當時俄羅斯質子火箭将第一個模塊——功能性的貨艙(Zarya)送入軌道。2000年10月31日，國際空間站的首批三名宇航員從俄羅斯發射升空。宇航員們在國際空間站上待了将近5個月，啟動系統并進行實驗。從那時起，許多航天器已經将國際空間站的部分部件送入軌道，組裝工作也陸續完成。在此期間(截至本文撰寫時)，國際空間站一直由26名宇航員組成。這些宇航員在外太空累計度過了4423天。探險隊26号将在太空中度過5個月，于2011年5月返回地球，然後第27号探險隊出發前往了空間站。

而2011年仍有7次計劃的航天飛行，去完成空間站的建設。俄羅斯和歐洲的火箭将進行三次運送物資的飛行，兩次航天飛機飛行和一次俄羅斯質子火箭運送大型模塊和設備的飛行，同年4月的航天飛機飛行将更換機組人員。

完成後，國際空間站将長243英尺(74米)，寬361英尺(110米)。它的質量為925,000磅(420公噸)，增壓容積為33,023立方英尺(935立方米);增壓後的體積約為747客機的機艙大小。它将在217至285英裡(362至476公裡)的軌道上運行，相對赤道傾斜51.6度(資料來源:國際空間站事實和數據以及美國宇航局國際空間站參考指南)。

這些都是非常驚人的規格，但更令人印象深刻的可能是國際空間站如何維持一個宜居的環境。

維持太空中的永久環境

在太空中維持一個永久的生存環境需要一些我們必需的東西:新鮮的空氣、水、食物、舒适(和适宜居住)的氣候——甚至是垃圾的清除和防火。首先，讓我們談談空氣。我們需要氧氣，所以國際空間站有幾個提供氧氣的系統。一個系統是通過宇宙飛船從地球運送氧氣。這些氧氣儲存在外部容器中;同樣的，這些航天器也運送氮氣，這就為國際空間站提供了空氣。國際空間站也有一個利用循環水制造氧氣的發電機。利用電力，它把水電解成氫和氧。氫氣進入太空，氧氣進入國際空間站的空氣。最後，國際空間站有一個固體燃料氧氣發生器，通過燃燒原料将氧氣釋放到國際空間站的空氣中。空氣循環系統使空間站艙内的空氣循環。循環的空氣通過各種過濾器來去除顆粒和微生物。整個空間站都在不斷監測和調節空氣成分。

在地球上，植物吸收我們呼出的二氧化碳，這些二氧化碳對我們是有毒的。而國際空間站是利用各種能吸收二氧化碳并與其他化學物質發生反應的“洗滌器”用化學方法将空氣中的二氧化碳去除的。除了二氧化碳，我們還呼出水蒸氣。在國際空間站上，這些多餘的水蒸氣凝結成液體并被回收。但這并不是唯一的水源。

就像氧氣一樣，水被送到國際空間站。事實上，我們有各種各樣的方法向空間站運送補給。俄羅斯有進步号補給船，歐洲航天局有自動運載工具，日本有口碑2号或HTV2火箭。水是航天飛機用來發電的燃料電池的副産品，而且水甚至可以從宇航員的尿液中回收，尿液經過過濾和處理後可以制成飲用水、洗手用水和淋浴用水。水被儲存在空間站的袋子和容器裡。食物也由宇宙飛船運送到國際空間站。國際空間站有一個廚房，裡面有食物準備區、食物加熱器和一張供宇航員吃飯的桌子。

國際空間站上的電子設備産生的熱量足以使空間站變暖。事實上，要解決的問題是消除多餘的熱量。所以要有各種各樣的方法來均勻地分配熱量。溫度控制系統采用電加熱器、保溫管和液氨管(熱分配器)來控制内部溫度。空間站外部的散熱器有助于消除外層空間的熱量。

像在地球上生活一樣，國際空間站必須保持幹淨。這在太空中尤其重要，因為漂浮的灰塵和碎片可能構成危險。對于一般的大掃除，宇航員使用各種濕巾(濕的、幹的、織物和消毒劑)、洗滌劑和濕/幹真空吸塵器來清潔表面、過濾器和他們自己。垃圾被收集在袋子裡，裝在補給船上，然後返回地球進行處理。廁所裡的固體廢物經過壓縮、幹燥和袋裝處理後，也會以類似的方式處理。

國際空間站上的消防設施

火是太空中最危險的事物之一。宇航員傑裡·朗格爾在和平号空間站停留期間，發生了火災。索性和平号空間站的工作人員撲滅了大火。國際空間站有一個火災探測/滅火子系統，包括煙霧探測器、警報和警報、滅火器和便攜式呼吸設備。

國際空間站:動力、推進和通信

國際空間站基本上是一個大型航天器。因此，它必須能夠在太空中移動，它的機組人員必須與地面控制人員保持通信，它需要電力來完成這些工作。

我們想當然地認為需要用電操控家裡的家具。例如，要使用咖啡壺，你隻需不假思索地把它插到牆上。就像在你家裡一樣，國際空間站的所有機載系統都需要電力。八個大型太陽能電池陣列提供來自太陽的電力。每個陣列長239英尺(73米)，占地24187平方英尺(約2247平方米)，或約半英畝。每個陣列上都有兩層太陽能電池。每一層都位于可伸縮杆的一側，可伸縮杆能夠伸縮折疊或是形成陣列。可伸縮杆形成一個框架，這樣它就可以讓太陽能電池面對陽光。俄羅斯的太空艙也有80- 97英尺(24- 30米)的太陽能陣列，提供電力[來源:美國宇航局國際空間站的事實和數據]。

就像地球上的電網一樣，這些陣列産生的是大約160伏的直流電力。主電源由一個二次變壓器轉換，提供一個可調節的124伏直流電流，供空間站的設備使用。船上還裝有電源轉換器，以滿足美國和俄羅斯設備所需的不同電流。主電源也被用來給國際空間站的三個鎳氫電池充電，當國際空間站經過地球的陰影時，這些電池就會提供電力。

國際空間站在217至285英裡(362至475公裡)的高度繞地球運行。在這個高度，地球的大氣層非常稀薄，但仍然厚到足以拖曳國際空間站并使其減速。當國際空間站減速時，它會降低高度。除了大氣阻力外，太陽耀斑還會使空間站減速，導緻其降低高度，因此，國際空間站必須定期推進，以保持适當高度。指揮和服務模塊有火箭發動機，可以用來推動國際空間站。不過，進步号補給船将提供大部分的補給。每一次助推都需要兩個火箭發動機工作。在工作期間，國際空間站的工作暫停。推進之後，空間站的工作生活将恢複正常。

國際空間站必須能夠準确地知道它在太空中的位置，其他物體的位置，以及如何從太空中的一個點到另一個點，特别是在再推進的過程中。國際空間站同時使用美國和俄羅斯的全球定位系統(GPS)來确定它的位置和移動速度。為了知道它的方向和姿态，國際空間站有幾個陀螺儀。所有這些信息的結合有助于國際空間站在太空中從一個點移動到另一個點。此外，俄羅斯的導航系統使用瞄準恒星、太陽和地球的地平線進行導航。既然你已經知道了國際空間站是如何在太空中運行的，那讓我們來看看在那裡生活和工作是什麼樣子吧！

國際空間站的通信

位于休斯敦的美國宇航局任務控制中心向新墨西哥州白沙試驗場的一個60英尺高的無線電天線發送信号。試驗場将這些信号傳遞給一對位于地球上空22,300英裡軌道上的跟蹤和數據中繼衛星。然後衛星将信号傳遞給美國的國際空間站或航天飛機。在早期階段，信号是通過俄羅斯航天局的地面站和衛星通信系統發送的。

國際空間站的生活

圖解:宇航員桑德拉·馬格努斯在國際空間站的命運實驗室裡與自由漂浮的積載容器合影。圖片由NASA提供

在太空生活和工作是什麼感覺呢?為了回答這些問題，空間站第18常駐考察組的飛行工程師桑德拉·馬格努斯寫了一系列關于她在國際空間站的日記。她提到了一件重要的事情:宇航員的一天是由地面上的許多人提前(實際上是幾年)計劃好的。“我們船上有一個日程安排，裡面有我們需要知道的所有細節，來完成一天的工作。它告訴我們什麼時候該睡覺，什麼時候該起床，什麼時候該鍛煉，什麼時候吃飯，什麼時候以及我們需要什麼信息來完成我們的任務。”雖然這聽起來非常嚴格，但馬格努斯指出，這也有一定的靈活性，不是每個任務都必須在時間表規定的确切時間内完成。

微重力是一個具有挑戰性的環境。無論你是在睡覺、換衣服還是工作，除非你把它固定好，否則你周圍的的一切都會漂浮起來。即使是像早上起床穿衣服這樣看似簡單的事情也不是那麼簡單。想象一下，打開你的衣櫥，裡面的東西都飛了出來。馬格努斯說，“當我在早上做準備時，脫下我的睡衣，它們就會漂浮在船員艙裡，直到我把它們收集起來，立即用帶子之類的東西把它們固定住。“在空間站很容易丢東西”[來源:NASA, 馬格努斯的日記]。

每個宇航員醒來後都有一段時間來為新的一天做準備。在這段時間，宇航員可以洗澡，吃飯，鍛煉和準備工作。鍛煉是非常重要的;在微重力下，骨骼會失去鈣，肌肉會失去質量。因此，宇航員必須在規定的時間内鍛煉。馬格努斯喜歡早上第一件事就是鍛煉，每天在固定自行車和跑步機之間交替。接下來，有一個上午的會議，他們與機組成員和地面控制人員讨論當天每個人的職責。會議結束後，他們開始工作。

宇航員的工作主要是進行實驗或維護。和大多數上班族一樣，他們也會停下來吃午飯，但他們的午休時間略有不同。國際空間站上的食物主要是冷凍的、脫水的或熱穩定的，飲料也是脫水的。宇航員收集食物托盤和餐具，從儲物箱中找到他們各自包裝好的食物，準備好食物(如果必要的話再補水)，加熱食物，把它們放在托盤裡然後吃。飯後，他們把用過的東西放在一個垃圾壓實機裡，清洗并裝上餐具和托盤。

午餐後，計劃好的工作繼續進行，在一天的工作結束後，還會有一個晚上的會議，然後是兩個小時的睡前時間，這段時間，宇航員吃晚飯，完成任何未完成的任務和放松。馬格努斯說，“在這兩小時的時間裡有很多選擇，還有像查看電子郵件、聽電話、看新聞、照片和等等其他活動。周五是電影之夜，有時周六也是。”

空間站上的工作

圖解:左邊的蠟燭火焰處于正常重力狀态，右邊的蠟燭火焰處于微重力狀态。圖片由NASA提供

來自政府、工業和教育機構的研究人員可以使用國際空間站上的設施。但他們為什麼要這麼做呢?國際空間站主要用于微重力環境下的科學研究。引力影響地球上的許多物理過程。例如，重力改變了原子聚集成晶體的方式。在微重力下，可以形成近乎完美的晶體。這種晶體可以産生更好的半導體，用于更快的計算機或更有效的藥物來對抗疾病。

重力的另一個作用是在火焰中形成對流，導緻火焰不穩定。這使得燃燒的研究非常困難。然而，在微重力環境下，火焰會變的簡單、穩定、燃燒緩慢。這種環境下的火焰使研究燃燒過程變得容易。由此可以更好地理解燃燒過程，并能研究出更好的燃燒裝置或提高燃燒效率來減少空氣污染。

長期處于失重狀态會導緻我們的身體從骨骼、肌肉組織和體液中流失鈣。這些失重的影響與衰老的影響相似(肌肉力量下降，骨質疏松)。因此，暴露在微重力下可能會讓我們對衰老過程有新的認識。如果我們能制定出防止在微重力環境下退化的對策，也許我們就能預防衰老。國際空間站長期暴露在微重力環境中，這是其他航天器無法模拟的環境。

國際空間站使我們能夠測試與地球相似的形成生命的生态系統。我們可以在太空中大量種植植物來制造氧氣、吸收二氧化碳和提供食物。這一技術對于長期的星際旅行，如火星或木星之旅，将是非常重要的。

在環繞地球大氣層的軌道上，國際空間站的工作人員配備了特殊的儀器和望遠鏡，可以觀察和測量地球表面(植被數量、溫度、水)和地球大氣層(二氧化碳含量、雷擊、飓風發展)。宇航員還可以用望遠鏡觀察太陽、恒星和星系，而不受地球大氣層的影響。

有關具體項目和實驗的詳細信息，您可以查看ISS設施和實驗網站。現在讓我們來看看國際空間站的未來吧。

國際空間站的未來

國際空間站于2011年建成。該空間站預計将在那之後的10年内繼續運行。宇航員們将在這段時間内輪換。然而，我們并不清楚這該如何發生和發展。美國航天飛機服役30年後，于2012年退役。由于當初的奧巴馬政府取消了“獵戶座CEV”計劃，美國宇航局重返月球的計劃被擱置。雖然獵戶座CEV飛船本身還在研發中，戰神号運載火箭卻被取消了。因此，美國載人航天計劃的未來并不明确。

美國宇航局繼續開發新的火箭技術來取代航天飛機。但具體什麼時候能準備好還不清楚。一旦航天飛機退役，美國将有一段時間無法将宇航員送入太空。因此，前往國際空間站的載人任務将不得不由俄羅斯聯盟号飛船進行，并使用進步号補給船補給。國際空間站并非一點問題都沒有。像國際空間站這麼大、這麼複雜的機器，設備都會出故障，需要維修。然而，考慮到預計的花費(超過1000億美元)，許多人提出了這樣一個問題:“國際空間站物有所值嗎?”批評圍繞着以下這些基本觀點:

•獲得的科學信息是否物有所值?

•國際空間站在未來的太空探索中幾乎沒有什麼用途。批評人士說，航天飛機的存在是為了到一些地方去，是為了服務國際空間站。國際空間站不是一個發射到月球、火星或其它行星的平台，沒有新的火箭技術在上面被開發，它也不适合任何長期的太空探索計劃。

•國際空間站的預算将資金從非常成功的無人太空探測器和太空望遠鏡上轉移，這些太空探測器和太空望遠鏡能産生有價值的科學信息。

•國際空間站的預算将資金從其他載人航天項目上轉移，比如登月或火星任務。

隻有時間才能告訴我們國際空間站的利弊。但是它仍然是太空建設的奇迹，也是最長的載人航天任務。

國際空間站的工程研究與開發

國際空間站的大部分工程研究和開發将用于研究太空環境對材料的影響，并開發用于太空探索的新技術，包括在太空中建造物體的新工程技術，新的衛星和航天器通信系統，以及未來航天器的先進生命支持系統。

太空環境有獨特的危險(微流星體、宇宙射線、原子氧)，它們會影響航天器中使用的材料。材料可以放在國際空間站的開放式平台上，長時間暴露在太空環境中來分析材料。得到的信息将有助于設計更好的材料，使衛星在太空環境中壽命更長。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. howstuffworks- Ldzz-CRAIG FREUDENRICH, PH.D.

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