国际空间站

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December 2, 2021

国际空间站(EEI)(国际空间站,ISS,俄语:Междунаро́дная косми́ческая ста́нция,МКС)是一个完全完成的空间实验室,其在轨道上的组装始于1998年,并于2011年7月8日正式结束,任务S-TS-13与亚特兰蒂斯号航天飞机。该站位于408 x 418公里的低轨道,可以用肉眼看到地球,平均速度为27,700公里/小时,每天完成15.70圈。在俄罗斯和平号和美国天空实验室的继续运作中,国际空间站代表了目前人类在太空中的永久性,自 2000 年 11 月 2 日以来一直由不少于三名宇航员组成。船员,车站有两支队伍(一支在役,一支在役)以及一名或多名游客。 EEI 参与了多个太空计划,是加拿大航天局 (CSA/ASC)、欧洲航天局 (ESA)、日本宇宙航空研究局 (宇宙航空研究或 JAXA)、俄罗斯联邦航天局 (ROSKOSMOS) 和美国国家航空航天局 (NASA)。空间站位于地球轨道上大约 400 公里的高度,通常称为低地球轨道。由于高度低,由于空气动力阻力,该站需要不断地重新定位在轨道上。该站平均每天降低 100 米的高度,并在大约 92 分钟的时间内绕地球运行。2008 年 6 月 27 日(UTC 时间 01:01),自 Zarya 模块发射以来,它已经完成了 55,000 次轨道飞行,这是第一个发射到太空的模块。通常将空间站与“零重力”状态联系起来,从而造成一些混乱,因为不会发生零重力。空间站上的重力,考虑到地球半径为 6,378.1 公里,从 8.3 m/s² 到 8.4 m/s²,由于万有引力定律 (LGU) 和重量相等,这是相当可观的.发生“零重力”效应的原因是,由于受“向心力”所引起的曲线,该站“永远下落”。国际空间站主要由航天飞机(欧洲葡萄牙语)或航天飞机(巴西葡萄牙语)以及联盟号和进步号航天器提供服务。航天飞机的最后一次任务 - 亚特兰蒂斯 - 于 2011 年 7 月 8 日执行。该站持续用于科学实验(有些在地球表面很难进行,但在轨道上相对容易)。该站目前已准备好容纳六名机组人员。直到 2006 年 7 月,所有永久机组人员都是俄罗斯或美国太空计划的一部分。目前,EEI 接收来自欧洲、加拿大和日本航天机构的船员。许多来自其他国家的宇航员和太空游客也曾参观过该站。该站持续用于科学实验(有些在地球表面很难进行,但在轨道上相对容易)。该站目前已准备好容纳六名机组人员。直到 2006 年 7 月,所有永久机组人员都是俄罗斯或美国太空计划的一部分。目前,EEI 接收来自欧洲、加拿大和日本航天机构的船员。许多来自其他国家的宇航员和太空游客也曾参观过该站。该站持续用于科学实验(有些在地球表面很难进行,但在轨道上相对容易)。该站目前已准备好容纳六名机组人员。直到 2006 年 7 月,所有永久机组人员都是俄罗斯或美国太空计划的一部分。目前,EEI 接收来自欧洲、加拿大和日本航天机构的船员。许多来自其他国家的宇航员和太空游客也曾参观过该站。EEI 欢迎来自欧洲、加拿大和日本航天机构的工作人员。许多来自其他国家的宇航员和太空游客也曾参观过该站。EEI 欢迎来自欧洲、加拿大和日本航天机构的工作人员。许多来自其他国家的宇航员和太空游客也曾参观过该站。

目标

根据美国宇航局和 Rosaviakosmos 之间最初的谅解备忘录,国际空间站旨在成为低地球轨道上的实验室、天文台和工厂。它还计划提供运输、维护和作为未来可能的月球、火星和小行星任务的准备基地。在 2010 年的美国国家空间政策中,EEI 被赋予了额外的角色来服务于商业、外交和教育目的。

科学研究

EEI 是一个进行科学研究的平台。小型无人驾驶航天器可以提供零重力和暴露于太空的平台,但空间站提供了一个长期环境,在该环境中可以进行数十年的研究,并且在超出载人航天器能力的时期内,人类研究人员可以轻松进入。 EEI 无需单独的火箭发射和研究团队,从而简化了单个实验。广泛的研究领域包括天体生物学、天文学、人类研究(包括空间医学和生命科学)、物理科学、材料科学、空间气候和地球气候(气象学)。地球科学家可以访问乘员数据,并可以修改实验或发射新的实验,而这些通常在无人驾驶航天器中是不可用的。船员执行持续数月的任务,由 6 人组成的团队每周提供大约 160 小时的工作。为了探测暗物质并回答有关我们宇宙的其他基本问题,世界各地的工程师和科学家创建了光谱仪 Alpha Magnetic (AMS) ,美国宇航局将其与哈勃太空望远镜进行比较,并表示无法安装在自由飞行的卫星上,部分原因是它的功率要求和数据带宽需求。 2013 年 4 月 3 日,美国宇航局科学家报告说,阿尔法磁谱仪可能已经探测到暗物质的证据。太空环境对生命不利。太空中不受保护的存在的特点是强烈的辐射场(主要由太阳风带电的质子和其他亚原子粒子以及宇宙射线组成)、高真空、极端温度和微重力。一些称为极端微生物的简单生命形式,包括称为缓步动物的小型无脊椎动物,可以在这种称为干燥的极端干燥状态下生存。骨骼和体液发生变化。这些数据将用于确定载人航天和太空殖民是否是可行的过程。 2006 年,关于骨质流失和肌肉萎缩的数据表明,如果宇航员在经过长时间的星际航行(例如前往火星所需的 6 个月间隔)后降落在行星上,将会有重大的骨折和运动问题风险。医学研究是在 EEI 上代表美国国家空间生物医学研究所 (NSBRI) 进行的。其中,微重力研究中的高级超声诊断脱颖而出,其中宇航员在远程专家的指导下进行超声检查。该研究考虑了太空医疗条件的诊断和治疗。一般来说,EEI 上没有医生,诊断医疗状况是一项挑战。预计远程引导超声扫描将在地球上的紧急情况和难以就医的农村护理中得到应用。

安装

EEI 的建设依赖于 50 多次组装和使用任务。其中,39 架由航天飞机(欧洲葡萄牙语)或航天飞机(巴西葡萄牙语)协助。除了这些任务之外,还需要大约 30 艘 Progress 飞船任务来提供后勤服务。最终,EEI 以 1,200 立方米的加压容积、超过 419,000 公斤的总质量、110 千瓦的功率和一个长 108.4 米的支撑结构、74 米的模块和六个元件的机组人员继续运行。组成 EEI 的模块和结构的制造是由几家与航天机构签约的公司进行的,这些公司组成了负责其组装和维护的小组。空间站的美国部分主要由 1987 年 12 月 1 日宣布签订合同的四家公司制造,它们是:波音公司、通用电气公司的太空部门、麦克唐纳道格拉斯公司和罗克韦尔公司的 Rocketdyne 部门。俄罗斯部分由 RKK Energiya 公司制造,该公司还制造了美国资助的 Zarya 模块。欧洲航天局为美国和哥伦布实验室建造了 Node 2 (Harmony) 模块。第一个是由位于法国戛纳的 Thales Alenia Space 公司建造的,第二个是由 Thales Alenia 和 EADS Astrium 公司合作建造的。日本贡献(Kibo 实验室)由三菱制造,加拿大贡献(Robotic arm Canadaarm)通过 MD Robotics 公司制造,子公司 MDA (MacDonald Dettwiler)。国际空间站的第一部分于 1998 年进入轨道,在派遣第一批机组人员之前又增加了两个部分,机组人员于 2000 年 11 月 2 日抵达空间站,由美国宇航员威廉谢泼德和两名俄罗斯宇航员尤里吉岑科组成和谢尔盖·克里卡列夫。此时决定指定空间站“阿尔法”,尽管名称的使用仅限于任务。经过近十年的组装,车站配置(2008 年 6 月)拥有 300 214 公斤的质量和 358 立方米的生活空间。实现这种配置需要 26 次美国航天飞机任务和 48 次俄罗斯任务。后者中,16架有人驾驶,32架无人驾驶。该建筑还需要 112 次太空行走,其中 28 次来自航天飞机,84 次来自空间站本身。这些太空行走所用的时间总共为 706 小时。在这个过程中,还需要18000顿饭,EEI曾经有过问题。最初计划作为 NASA 的“自由空间站”,由美国总统罗纳德·里根 (Ronald Reagan) 推动,但事实证明它太贵了。冷战结束后,它作为 NASA 和俄罗斯 Rosaviakosmos 的联合项目恢复。从那时起,它的成本比 NASA 最初预计的要高得多,而且组装时间很晚。 2003年,它仍然无法容纳六名船员,因此限制了可以完成的科学数量,这也无益于与该项目的欧洲、日本和加拿大合作伙伴的关系。 2004 年 7 月,美国宇航局同意将空间站建成至六人支持级别,并启动额外的部分,如日本体验模块。虽然 NASA 仍负责管理建设,但俄罗斯保持发射和机组人员召回的连续性。俄罗斯保持发射和收集船员的连续性。俄罗斯保持发射和收集船员的连续性。

国际合作

冷战的结束为国际空间站的建设提供了空间计划的国际联盟。一个由 15 个国家组成的财团目前正在参与 ERA 的建造和科学实验:美国、俄罗斯、加拿大、日本以及通过欧洲航天局 (ESA)、比利时、丹麦、法国、德国、意大利、荷兰、挪威、西班牙、瑞典、瑞士和英国。

巴西参与

巴西与美国宇航局签署了一项独家和直接的协议,以生产硬件,作为回报,可以使用美国设备以及允许将一名巴西宇航员送往空间站,这发生在 2006 年,当时巴西人马科斯·塞萨尔·庞特斯(Marcos César Pontes)是第一位葡萄牙人。 - 讲宇航员,在车站,他在那里呆了一个星期,由俄罗斯火箭运送。然而,由于巴西航空工业公司分包商不遵守所签署的合同,无法提供承诺的快递托盘,巴西被排除在国际空间站建设项目之外。经过近十年的参与,该国不再被考虑在轨道基地的制造商名单中。根据专家约翰·洛格斯顿的说法,乔治华盛顿大学空间政策研究所所长、美国宇航局咨询委员会成员说,“巴西除了作为空间站的用户之外,什么都做已经太晚了。”

加压模块

EEI 于 2011 年 6 月 8 日正式竣工,共有 14 个加压模块,容积约为 1000 立方米。这些模块包括实验室、航天器对接舱、减压室、连接节点和生活区。每个模块都是通过航天飞机、质子或联盟号火箭发射的。以下是带有发布日期和等效质量的模块列表。

主要系统

电力供应

EEI 的电能来源是太阳:光通过太阳能电池板转换为电能。在组装飞行 4A(航天飞机 STS-97 任务,2000 年 11 月 30 日)之前,唯一的能源是俄罗斯模块 Zarya 和 Zvezda 的太阳能电池板。该站的俄罗斯部分使用与航天飞机相同的 28 伏系统。在该站的其余部分,通过安装在其模块化结构(ISS 主桁架结构)末端的太阳能电池板获得电力,电压范围为 130 至 180 伏。电源稳定并分配在 160 伏特,然后转换为 124 伏特。可以使用转换器在电站的两个部分之间交换电力,这对于取消俄罗斯科学与能源平台至关重要。俄罗斯部分将依赖北美太阳能电池板来满足其电力需求。鉴于北美部分使用的电压值(130 至 160 伏),该站能够使用具有较小电气截面的导体电路,这有助于减少 EEI 的质量。太阳能电池板通常会跟踪太阳以最大限度地提高其性能。每个面板的面积约为 375 平方米,长 58 米(190 英尺)。在其完整配置中,太阳能电池板通过相对于空间站垂直旋转其 α 转子来在绕地球的每个轨道上跟踪太阳,而 β 转子相对于地球站的轨道平面调整太阳的角度。然而,在模块化结构组装之前,面板在一个短的最终方向上暂时垂直,在这种配置中,β 转子被用作太阳的主要跟踪器。另一个稍微不同的跟踪选项,夜间滑翔机模式,可用于通过在速度矢量限制下排列太阳能电池板来稍微减少站阻力。

生命保障

环境控制和生命支持系统 (ECLSS) 提供或控制诸如大气压力、氧气水平、水、灭火等要素。Elektron 系统产生的氧气在站内循环。生命支持系统的首要任务是维持空间站内的稳定大气,但该系统还收集、处理和储存船员产生和使用的废物和水。例如,该系统回收浴室、淋浴、尿液和冷凝液中的液体。活性炭过滤器是从空气中去除人体新陈代谢产物的第一种方法。

方向控制

站点方向控制通过两种机制维持。通常,使用控制力矩陀螺仪 (CMG) 的系统使站保持定向,即命运实验室位于 Unity 模块前面,P 结构到端口,Pirs 模块指向地球。当陀螺仪系统饱和时,它可能会失去控制站台方向的能力。在这种情况下,俄罗斯定向控制系统设置为自动接管,使用反推火箭保持空间站的定向,从而允许美国陀螺仪系统去饱和。在安装 S3/S4 结构的 STS-117 任务期间使用了此程序。

高度控制

国际空间站保持在轨道上的最低和最高高度限制为 278 至 460 公里。通常最大限制为 425 公里,以允许联盟号航天器进行交会机动。由于空间站由于大气阻力和下降重力效应不断下降,因此需要在一年中多次提升到更高的高度。海拔高度随时间变化的图表显示,该站以每月 2.5 公里的速度下降。推进可以由两颗 Zvezda 模块火箭、对接的航天飞机、进步号航天器或欧空局的自动转移飞行器 (ATV) 完成,每次推进大约需要两个轨道(三小时)在几公里以上。在建造过程中,将大件货物运送到空间站相对容易。通常在发射后,航天器需要两天时间来执行进近和对接操作。

沟通

无线电通信对于 EEI 的运作至关重要,它在空间站和地球上的任务控制中心之间提供遥测和科学数据。无线电链路也用于航天器进近和对接程序以及空间站工作人员之间的通信,以及从他们到地面飞行控制员和家庭成员的通信。因此,EEI 配备了多种内部和外部通信系统,用于不同目的。与该站一起发射的第一个通信设备是俄罗斯 Regul VHF 系统,它通过地面接收站网络以及来自 Altair 和 Molniya 系统的卫星,将遥测数据和其他数据从俄罗斯轨道段传输到莫斯科的俄罗斯联邦航天局任务控制中心。数据通过安装在 Zvezda 模块上的无线电天线从电台输出。模块之间的通信是通过铜质电话线完成的,美国段使用安装在 Z1 集成结构上的两个无线电链路:一个 S-Band 系统(用于音频信号传输)和一个 Ku Band 系统(用于音频、视频和数据传输)。这些传输通过位于地球静止轨道上的美国跟踪和数据传输卫星系统进行定向,与位于休斯顿的 NASA 任务控制中心实现近乎实时的连续广播连续性。该系统还可用于通过永久电话线在美国和俄罗斯控制中心之间传输数据。来自机械臂 Canadaarm2、欧洲哥伦布实验室和日本 Kibō 实验室的数据通道通过 S 和 Ku 波段系统进行路由,此外最终欧洲和日本的数据传输卫星系统协助美国系统完成这项任务。模块之间的通信是在无线数字网络(Wireless network)中进行的,UHF无线电频率被宇航员和宇航员在舱外活动中使用,美国宇航员和俄罗斯宇航员通过他们的独立系统与地面站进行通信。这种通信系统容易受到用于空中交通管制的地面站的干扰。 UHF 频段也被停靠在空间站的航天器(联盟号、进步号、HTV、ATV 和航天飞机——这些也使用 S 和 Ku 频段)用于接收来自任务控制中心和 EEI 工作人员的命令。 HTV 和 ATV 等自动化航天器配备了自己的通信系统。 ATV 使用与航天器耦合的激光系统和与 Zvezda 模块耦合的小型反射镜系统(称为接近通信设备)来精确对接空间站。HTV 使用通过连接到 Kibō 模块的 GPS 系统得出的近似值。

任务控制中心

由于该站是一个国际项目,它的各个模块由世界各地各自的航天机构操作和监控,包括: NASA - 位于德克萨斯州休斯顿林登约翰逊航天中心的任务控制中心,用作主控装置EEI 的美国部分,还控制着航天飞机到空间站的各种访问任务。 NASA - 位于阿拉巴马州亨茨维尔马歇尔太空飞行中心的货运运营和整合中心,是该站美国段所有货运业务的协调中心。 Roskosmos - 位于莫斯科科罗廖夫的任务控制中心,控制着空间站的俄罗斯部分以及联盟号和进步号航天器的个别任务。ESA - 位于德国 Oberpfaffenhofen 的德国航空航天中心 (DLR) 的哥伦布控制中心,控制着欧洲哥伦布模块,这是一个研究实验室。 ESA - ATV 控制中心,位于法国图卢兹的图卢兹航天中心 (CST),控制着欧洲自动转运车辆的物流飞行。 JAXA - 位于日本筑波市筑波航天中心 (TKSC) 的 JEM 控制中心和 HTV 控制中心负责操作日本实验舱和所有转移飞行器 H-II 飞行。 CSA - 位于加拿大魁北克省圣休伯特的任务控制中心,控制和监视移动服务系统或 Canadaarm2。这是一个研究实验室。 ESA - ATV 控制中心,位于法国图卢兹的图卢兹航天中心 (CST),控制着欧洲自动转运车辆的物流飞行。 JAXA - 位于日本筑波市筑波航天中心 (TKSC) 的 JEM 控制中心和 HTV 控制中心负责操作日本实验舱和所有转移飞行器 H-II 飞行。 CSA - 位于加拿大魁北克省圣休伯特的任务控制中心,控制和监视移动服务系统或 Canadaarm2。这是一个研究实验室。 ESA - ATV 控制中心,位于法国图卢兹的图卢兹航天中心 (CST),控制着欧洲自动转运车辆的物流飞行。 JAXA - 位于日本筑波市筑波航天中心 (TKSC) 的 JEM 控制中心和 HTV 控制中心负责操作日本实验舱和所有转移飞行器 H-II 飞行。 CSA - 位于加拿大魁北克省圣休伯特的任务控制中心,控制和监视移动服务系统或 Canadaarm2。JAXA - 位于日本筑波市筑波航天中心 (TKSC) 的 JEM 控制中心和 HTV 控制中心负责操作日本实验舱和所有转移飞行器 H-II 飞行。 CSA - 位于加拿大魁北克省圣休伯特的任务控制中心,控制和监视移动服务系统或 Canadaarm2。JAXA - 位于日本筑波市筑波航天中心 (TKSC) 的 JEM 控制中心和 HTV 控制中心负责操作日本实验舱和所有转移飞行器 H-II 飞行。 CSA - 位于加拿大魁北克省圣休伯特的任务控制中心,控制和监视移动服务系统或 Canadaarm2。

全体人员

各种各样的载人和无人航天器支持了空间站的活动。包括安装模块的 M-MIM2 和 M-SO1 在内的 60 多艘 Progress 飞船和 40 多艘联盟号飞船飞往 EEI。35 次美国宇航局航天飞机飞往该站。有五次欧洲 ATV 飞行、五次日本“Kounotori”HTV、八次 SpaceX Dragons 和四次天鹅座轨道飞行。

当前停靠

钥匙

太空漫步

舱外活动 (AEV) 对空间站的组装和维护具有开创性意义。在国际空间站上进行这项活动有两种方式,一种是通过俄罗斯称为Pirs的减压舱,另一种是通过美国Quest Joint Airlock舱。当通过 Pirs 模块执行时,使用俄罗斯 Orlan 太空服,当在美国太空服 Quest Airlock 中执行时。对于空间站的舱外活动,NASA 在 Quest Airlock 模块中建立了宇航员营地作为常规程序,以降低与减压相关的疾病的风险。该程序于 2005 年由远征 12 的机组人员首次测试。 在营地期间,宇航员睡觉,太空行走的前一天晚上,在减压室中,他们将压力降至 10.2 psi (70 kPa)。站内的气压通常为 14.7 psi (101 kPa)。在低压环境中睡觉有助于消除体内的氮,在淡季防止栓塞。由于多种不同的原因,EVA 是危险的。主要是与空间碎片的碰撞。地球上空 300 公里的轨道速度(在航天飞机任务中)为 7.7 公里/秒。这是子弹速度的10倍,这意味着质量为子弹1/100(即一粒沙子的大小)的小粒子的动能相当于子弹的动能。站内的气压通常为 14.7 psi (101 kPa)。在低压环境中睡觉有助于消除体内的氮,在淡季防止栓塞。由于多种不同的原因,EVA 是危险的。主要是与空间碎片的碰撞。地球上空 300 公里的轨道速度(在航天飞机任务中)为 7.7 公里/秒。这是子弹速度的10倍,这意味着质量为子弹1/100(即一粒沙子的大小)的小粒子的动能相当于子弹的动能。站内的气压通常为 14.7 psi (101 kPa)。在低压环境中睡觉有助于消除体内的氮,在淡季防止栓塞。由于多种不同的原因,EVA 是危险的。主要是与空间碎片的碰撞。地球上空 300 公里的轨道速度(在航天飞机任务中)为 7.7 公里/秒。这是子弹速度的10倍,这意味着质量为子弹1/100(即一粒沙子的大小)的小粒子的动能相当于子弹的动能。主要是与空间碎片的碰撞。地球上空 300 公里的轨道速度(在航天飞机任务中)为 7.7 公里/秒。这是子弹速度的10倍,这意味着质量为子弹1/100(即一粒沙子的大小)的小粒子的动能相当于子弹的动能。主要是与空间碎片的碰撞。地球上空 300 公里的轨道速度(在航天飞机任务中)为 7.7 公里/秒。这是子弹速度的10倍,这意味着质量为子弹1/100(即一粒沙子的大小)的小粒子的动能相当于子弹的动能。

货物和船员运输车辆

俄罗斯联盟号飞船(Roskosmos)——船员更换和紧急疏散,每6个月更换一次;俄罗斯进步号航天器(Roskosmos)——补给车;欧洲自动转运车 - ATV (ESA) - 补给车;日本转运车 - HTV (JAXA) - Kibo 实验室的补给车;SpaceX 为 NASA 提供的 Dragon 商业轨道运输服务(2012 年 5 月成功完成)。

也可以看看

空间探索空间站用于被占空间站统计 Salyut Skylab Mir Tiangong 1 Garatéa-ISS

参考

外部链接