第18章 国际空间站(1)

1998年11月20日，俄罗斯从哈萨克斯坦的拜科努尔航天发射场用“质子”号火箭将国际空间站的第一个部件“曙光”号多功能货舱（FGB）发射入轨，从而拉开了国际空间站在轨装配的序幕。

国际空间站的设想是1983年由美国总统里根首先提出的，即在国际合作的基础上建造迄今为止最大的载人空间站。经过近十余年的探索和多次重新设计，直到前苏联解体、俄罗斯加盟，国际空间站才于1993年完成设计，开始实施。

该空间站以美国、俄罗斯为首，包括加拿大、日本、巴西和欧空局（11个国家）共16个国家参与研制。其设计寿命为10~15年，总质量约423吨、长108米、宽（含翼展）88米，运行轨道高度为397千米，载人舱内大气压与地球表面相同，可载6人。

国际空间站结构复杂，规模大，由航天员居住舱、实验舱、服务舱、对接过渡舱、桁架、太阳能电池等部分组成，建成后总质量将达438000千克，长108米。

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。

国际空间站国际空间站

从前苏联的“礼炮”号到美国的“天空实验室”，再到已经陨落的“和平”号空间站，人类航天已经向着梦想前进了一大步，人们实现了上天暂住的可能。然而，对于浩瀚的宇宙，我们已取得的成就还是太渺小。不管是前苏联还是美国的空间站，它们飞行的时间都不算长，就是飞行达15年之久的前苏联“和平”号空间站也已坠毁，因此这些都称不上是永久型空间站。人类如果想在太空飞得更高更远，短期暂时飞行的航天器是远远不够的，我们必须首先建造能让我们在太空停留时间更长，甚至长期居住的太空飞行器，而永久型空间站则是人们发展研究的目标。

由于航天技术的不断进步，再加上苏、美空间站的成功，为建造永久型的空间站展示了广阔的前景和可能性，人们把建立一个永久型的空间站作为了近期可能实现的计划。当然依据人类目前的航天技术能力，这种永久型也是有时间性的，只不过飞行时间更长，而后再一步步地发展。因此世界上不少航天技术发达的国家都在思考和研究这方面的工作。

国际空间站最初是由美国宇航局在20世纪80年代初为抗衡前苏联的“和平”号空间站而提出的。早在1984年，美国总统里根就批准了建造当时名为“自由”号空间站的计划，计划由美国牵头，吸引日本、西欧和加拿大参加。但是，随着时间的推移和越堆越厚的追加预算账册，这项计划遇到了各种各样的质疑和责问，不但使这一计划的规模逐渐缩小，而且迟迟没有动工。

1988年，上述国家经过反复磋商，终于签署了暂名为“阿尔法”号的空间站的建设合作协议，但西方各国实际上并无研制空间站的经验，因此，“阿尔法”号空间站的协议虽是签了，实际上却一直处在“可行性论证阶段”，没有大的动静。

1993年，美国众议院以1票的优势，通过了继续支持空间站的计划。这年9月，美国副总统戈尔与俄罗斯总理切尔诺梅尔金正式签订了《关于俄罗斯加入美国、加拿大、欧空局和日本研制、开发和利用空间站计划的协议》。有了俄罗斯的空间站技术，这项新的空间站研制计划总算可以开始起步了。

“阿尔法”号国际空间站计划从此代替了“自由”号空间站计划，俄罗斯也放弃了再建“和平2”号空间站的打算。不过，据说关于空间站的起名，俄罗斯提出了不同意见。俄罗斯认为，原定名“阿尔法”暗含“创始”和“第一”的意思，而俄罗斯在1971年发射的“礼炮1”号空间站才是世界上第一座空间站，何况“和平”号空间站也已经在太空飞行了15年。因此，现在的空间站没有正式名称，只是习惯上把它称作国际空间站。

国际空间站开始计划投资400亿美元，其中美国负担174亿美元，俄罗斯100亿美元，欧空局377亿美元，日本31亿美元，加拿大85亿美元，另外意大利还负担了55亿美元。但实际的投资可能远远超过这个数目。从投资份额上讲，美国处于支配地位，但从总体技术规划上看，则是俄罗斯在起主导作用。

1997年10月，美国宇航局局长戈尔丁陪同克林顿总统访问巴西，于10月14日与巴西空间局签署了美、巴国际空间站双边合作协议，从而使巴西成为国际空间站第十六个合伙国。按照协议，巴西将在5年内向美国宇航局提供价值12亿美元的硬件，包括窗口观测研究设备、技术试验设备、站外后勤容器，用于安放空间站外部的试验设备、快速货架等。作为交换条件，美国试验舱将给巴西提供试验环境，并把一名巴西宇航员送上太空。

国际空间站的合作

国际空间站是人类有史以来规模最大的、跨世纪的宇宙空间探索活动。它是迄今为止人类在太空领域最大规模的科技合作项目，是世界航天史上第一次多国合作建设的空间工程，它利用16个合作国家的资源和科学技术专家，其中包括美国、加拿大、日本、俄罗斯和11个欧空局成员国。

国际空间站是人类航天史上的伟大创作，它代表着当今航天技术的实力和水平。

由于规模浩大、耗资数百亿美元，国际空间站建站计划长达10年，大致可分为3个阶段：

第一阶段，1994~1998年，美、俄两国完成航天飞机与俄罗斯“和平”号空间站的9次对接飞行。美国宇航员累计在“和平”号空间站上工作2年，取得了航天飞机与空间站交会对接以及在空间站上长期进行生命科学、微重力科学实验和对地观测的经验，可降低国际空间站装配和运行中的技术风险。

建成后的国际空间站

第二阶段，1998~2001年，国际空间站达到有3人在轨工作的能力。1998年11月20日，俄罗斯从哈萨克斯坦的拜科努尔航天发射场用“质子”号火箭将国际空间站的第一个部件“曙光”号多功能货舱（FGB）发射入轨，从而拉开了国际空间站在轨装配的序幕。同年12月4日，美国“奋进”号航天飞机将国际空间站的第二个部件“团结”号节点舱送入轨道，并于12月6日成功地与“曙光”号对接；2000年7月12日，国际空间站的核心组件、俄罗斯建造的“星辰”号服务舱发射入轨，同年11月2日，首批3名宇航员进驻空间站，国际空间站开始长期载人，11月30日，美国“奋进”号航天飞机为国际空间站送去两块翼展达72米、最大发电量为65千瓦的大型太阳能电池帆板；2001年2月7日，美国的“命运”号实验舱由“亚特兰蒂斯”号航天飞机送入轨道，4月23日，加拿大制造的遥控操作机械臂与国际空间站顺利对接，7月12日，美国“亚特兰蒂斯”号航天飞机又把供宇航员出舱活动的“气闸舱”送入轨道。至此，美国和俄罗斯等国经过航天飞机、“质子”号火箭等运输工具15次的飞行，完成了国际空间站第二阶段的装配工作。

“曙光”号多功能货舱第三阶段，2001~2006年，国际空间站完成装配，达到6～7人长期在轨工作的能力。此阶段先组装美国的桁架结构和俄罗斯的对接舱段，接着发射日本实验舱和欧空局的“哥伦布”轨道设施等。

装配完成后的国际空间站长110米，宽88米，大致相当于两个足球场大小，总质量达400余吨，将是有史以来规模最为庞大、设施最为先进的人造天宫，运行在倾角为516度、高度为397千米的轨道上，可供6～7名航天员在轨工作，之后国际空间站将开始一个为期10～15年的永久载人的运行期。

国际空间站在2010年建成时迎来第一批太空实验研究者，这是国际空间站首次对外开放。

史无前例的“国际空间站”

国际空间站的构型很有意思，也非常特别，它与目前已发射到太空的卫星、飞船、空间站的样子都不一样，它由用高科技材料制成的各种杆子组合搭建而成，也有人称它为双龙骨结构。建造完成后，整个空间站由12个舱组成，容积达1200立方米，总重量在450吨左右。在这个庞大的桁架上装有各种舱段和设备。其中包括了由美国负责制造的1个居住舱、1个试验舱、桁架本体、气闸舱、资源舱以及电源发动机等设备，另外还提供1个极轨平台。美国作为国际空间站的发起人在其中起着重要的作用，实际上充当领导者的角色，为空间站提供的设备最多。

由于俄罗斯人的加盟，国际空间站由两大部分组成，一部分是原计划的“自由”号空间站，而另一部分是俄罗斯计划发展的“和平2”号空间站。两者之间用多功能舱进行连接，组成一个整体，这就使国际空间站的构型从桁架式变成了桁架加模块式结构。俄罗斯人作为空间站技术的先驱者，其加盟无疑会发挥重要的作用，俄罗斯负责提供1个服务舱、1个对接舱、1个存储舱、1个生命保障舱，另外还有3个研究舱等。

下面对国际空间站的内部构造进行简单的介绍：

居住舱。居住舱是宇航员生活和休息的地方，包括厨房、会议室、卫生间、卧室、医疗设备、锻炼设备等。厨房里烤炉、电冰箱、垃圾处理机、洗手池一应俱全。居住舱由美国承担研制并发射到太空。

服务舱。它内含科学仪器设备等服务设施，也包含部分居住功能，由俄罗斯研制并已由俄罗斯“质子”号运载火箭于2000年7月12日发射升空。

功能货舱。它内设有宇航员生命保障设施，具有一部分居住功能，以及电源、燃料暂存地等，舱体外部设有多向对接口，由俄罗斯研制并由俄罗斯于1998年11月20日发射升空。

多个试验舱。试验舱是进行各种科学试验的场所，它是指挥和控制空间站的中心。试验舱是世界上最高的试验室。在这里，可以进行生物、化学、物理、生态学和药物学等方面的研究。其中美国1个、欧空局1个、日本1个、俄罗斯3个。美国、日本和欧空局的3个试验舱将提供总计为33个国际标准的有效载荷机柜；俄罗斯试验舱中也有20个试验机柜。另外，日本的试验舱还连有站外暴露平台，用于对空间环境直接接触试验。据目前所知，由欧空局研制的“哥伦布”实验舱已由“亚特兰蒂斯”号于2008年2月11日发射升空；而由日本研制的一个实验舱已于2008年5月11日由“发现”号运载火箭将之发射升空。

节点舱。它们由美国和欧空局研制，是连接各舱段的通道和宇航员进行舱外活动的出口。节点舱比较小，在空间站组建时期，它是宇航员进行舱外活动的出入口。空间站建成后，除用于连接各舱外，节点舱可以用做存储仓库，或安装电力调节机柜，提供电能。此外，“节点1”号舱还可作为仓库，用于存储；“节点2”号舱内有电路调节机柜，用于转换电能，供国际合作者使用；“节点3”号舱为空间站的扩展留有余地。由美国研制的“团结”号节点舱已由“奋进”号航天飞机于1998年12月4日发射升空。而由意大利太空总署研制的“和谐”号节点舱已由“亚特兰蒂斯”号航天飞机于2007年10月23日发射升空。

服务系统。空间站的服务系统包括俄罗斯功能货舱、加拿大移动服务系统和俄罗斯服务舱。加拿大移动服务系统的遥控机臂长168米，能运125吨货物，可沿主桁架移动，进行空间站硬件的装配、维修和更换。俄罗斯服务舱拥有生命保障系统、推力器和居住功能（含洗手间和卫生设施），重20吨。空间站的运输系统包括“联盟”号载人飞船和“奋进”号货运飞船等，其中后者每年为空间站运送4次推进剂。空间站的指令和控制由美、俄双方分担，美国约翰逊航天中心主要负责空间站和航天飞机，俄罗斯的加里宁格勒航天中心主要负责载人飞船和运货飞船飞向空间站，以及飞船飞离空间站，它也是空间站运行的后备控制中心。

能源系统和太阳能电池帆板。它们由美国和俄罗斯两国提供，均已发射升空。

最终的国际空间站由6个试验舱（美国1个、欧空局1个、日本1个、俄罗斯3个）、1个美国居住舱（有洗手间、卧室、厨房和医务设备）、2个节点舱和服务系统及运输系统所组成。

在美、日、欧的试验舱中，共有33个国际空间站有效载荷标准机架，其中美国试验舱内有13个，日本舱内有10个，欧空局舱内有10个。空间站在约350千米高的轨道上组装完成后，将慢慢推移到约460千米的轨道上。