想象一下，你早上醒来，望向窗外，看到广阔的蓝色地平线和黑暗的太空。世界在你脚下展开。当你每90分钟环绕地球一周时，山脉、湖泊和海洋就会随时间在你眼中流过。听起来像是科幻小说里虚构的东西，但对于国际空间站(ISS)的宇航员来说，这是他们的日常。
图解:太空探索拍摄了国际空间站的照片。更多太空探索图片。图片由NASA提供
1984年，美国总统罗纳德·里根(Ronald Reagan)提议美国与其他几个国家合作，建立一个由政府和工业部门支持的永久居住空间站。美国和其他14个国家——加拿大、日本、巴西和欧洲航天局(英国、法国、德国、比利时、意大利、荷兰、丹麦、挪威、西班牙、瑞士和瑞典)等国家和组织决定实现里根的设想。苏联解体后，美国邀请俄罗斯参与国际空间站项目，目前该项目仍处于规划阶段，参与的国家达到了16个。
由美国宇航局带头协调国际空间站的建设，今天国际空间站作为一个轨道实验室，用于生命、物理、地球和材料科学的实验。在1998年空间站才开始组装。国际空间站大约有38个模块，至少需要44次航天飞行才能将组件送入轨道。组装和维护国际空间站需要160次太空行走，总计1920个工时。国际空间站在2011年完工，寿命为10年。这个项目的成本估计从350亿美元到1000多亿美元不等。[资料来源:美国宇航局国际空间站参考指南和Boyle]
在这篇文章中，我们将看看国际空间站的各个部分，它是如何为人类在太空中建造一个生存环境的，它是如何发电的，在国际空间站上生活和工作是什么样子的，以及，我们将如何使用国际空间站。首先，我们将从它的部件和装配开始讲起。
部件和装配
图解:日本的国际空间站“希望号”和“亚特兰蒂斯”号航天飞机与空间站对接-图片由NASA提供
建造国际空间站(ISS)就像用孩子的乐高积木或K'nex积木制作玩具一样。国际空间站有100多个部件，所有这些部件都连接在一起。这些部分可以分为以下几类:
•增压模块——如Zarya、Zveda、Destiny、Columbus和Harmony——为宇航员居住和工作的生活区、设备室和实验室提供了透气、温暖的环境。
•节点将模块连接在一起，并允许ISS的结构向外拓展。
•对接端口允许各种太空飞行器连接到国际空间站。
•一个长线性桁架位于受压模块之上，形成一个梁框架，太阳能电池板和散热器连接在一起。一个可移动的，自动的，服务手臂，沿着桁架移动来运输货物和实验的包裹。
•外部研究设施沿着国际空间站外部提供多个安装位置，用于完全暴露于太空环境的实验。
•联盟号(Soyuz)飞船和进步号(Progress)补给飞船等航天器与国际空间站(ISS)对接，运送宇航员和补给物资。
国际空间站的组装开始于1998年11月，当时俄罗斯质子火箭将第一个模块——功能性的货舱(Zarya)送入轨道。2000年10月31日，国际空间站的首批三名宇航员从俄罗斯发射升空。宇航员们在国际空间站上待了将近5个月，启动系统并进行实验。从那时起，许多航天器已经将国际空间站的部分部件送入轨道，组装工作也陆续完成。在此期间(截至本文撰写时)，国际空间站一直由26名宇航员组成。这些宇航员在外太空累计度过了4423天。探险队26号将在太空中度过5个月，于2011年5月返回地球，然后第27号探险队出发前往了空间站。
而2011年仍有7次计划的航天飞行，去完成空间站的建设。俄罗斯和欧洲的火箭将进行三次运送物资的飞行，两次航天飞机飞行和一次俄罗斯质子火箭运送大型模块和设备的飞行，同年4月的航天飞机飞行将更换机组人员。
完成后，国际空间站将长243英尺(74米)，宽361英尺(110米)。它的质量为925,000磅(420公吨)，增压容积为33,023立方英尺(935立方米);增压后的体积约为747客机的机舱大小。它将在217至285英里(362至476公里)的轨道上运行，相对赤道倾斜51.6度(资料来源:国际空间站事实和数据以及美国宇航局国际空间站参考指南)。
这些都是非常惊人的规格，但更令人印象深刻的可能是国际空间站如何维持一个宜居的环境。
维持太空中的永久环境
在太空中维持一个永久的生存环境需要一些我们必需的东西:新鲜的空气、水、食物、舒适(和适宜居住)的气候——甚至是垃圾的清除和防火。首先，让我们谈谈空气。我们需要氧气，所以国际空间站有几个提供氧气的系统。一个系统是通过宇宙飞船从地球运送氧气。这些氧气储存在外部容器中;同样的，这些航天器也运送氮气，这就为国际空间站提供了空气。国际空间站也有一个利用循环水制造氧气的发电机。利用电力，它把水电解成氢和氧。氢气进入太空，氧气进入国际空间站的空气。最后，国际空间站有一个固体燃料氧气发生器，通过燃烧原料将氧气释放到国际空间站的空气中。空气循环系统使空间站舱内的空气循环。循环的空气通过各种过滤器来去除颗粒和微生物。整个空间站都在不断监测和调节空气成分。
在地球上，植物吸收我们呼出的二氧化碳，这些二氧化碳对我们是有毒的。而国际空间站是利用各种能吸收二氧化碳并与其他化学物质发生反应的“洗涤器”用化学方法将空气中的二氧化碳去除的。除了二氧化碳，我们还呼出水蒸气。在国际空间站上，这些多余的水蒸气凝结成液体并被回收。但这并不是唯一的水源。
就像氧气一样，水被送到国际空间站。事实上，我们有各种各样的方法向空间站运送补给。俄罗斯有进步号补给船，欧洲航天局有自动运载工具，日本有口碑2号或HTV2火箭。水是航天飞机用来发电的燃料电池的副产品，而且水甚至可以从宇航员的尿液中回收，尿液经过过滤和处理后可以制成饮用水、洗手用水和淋浴用水。水被储存在空间站的袋子和容器里。食物也由宇宙飞船运送到国际空间站。国际空间站有一个厨房，里面有食物准备区、食物加热器和一张供宇航员吃饭的桌子。
国际空间站上的电子设备产生的热量足以使空间站变暖。事实上，要解决的问题是消除多余的热量。所以要有各种各样的方法来均匀地分配热量。温度控制系统采用电加热器、保温管和液氨管(热分配器)来控制内部温度。空间站外部的散热器有助于消除外层空间的热量。
像在地球上生活一样，国际空间站必须保持干净。这在太空中尤其重要，因为漂浮的灰尘和碎片可能构成危险。对于一般的大扫除，宇航员使用各种湿巾(湿的、干的、织物和消毒剂)、洗涤剂和湿/干真空吸尘器来清洁表面、过滤器和他们自己。垃圾被收集在袋子里，装在补给船上，然后返回地球进行处理。厕所里的固体废物经过压缩、干燥和袋装处理后，也会以类似的方式处理。
国际空间站上的消防设施
火是太空中最危险的事物之一。宇航员杰里·朗格尔在和平号空间站停留期间，发生了火灾。索性和平号空间站的工作人员扑灭了大火。国际空间站有一个火灾探测/灭火子系统，包括烟雾探测器、警报和警报、灭火器和便携式呼吸设备。
国际空间站:动力、推进和通信
国际空间站基本上是一个大型航天器。因此，它必须能够在太空中移动，它的机组人员必须与地面控制人员保持通信，它需要电力来完成这些工作。
我们想当然地认为需要用电操控家里的家具。例如，要使用咖啡壶，你只需不假思索地把它插到墙上。就像在你家里一样，国际空间站的所有机载系统都需要电力。八个大型太阳能电池阵列提供来自太阳的电力。每个阵列长239英尺(73米)，占地24187平方英尺(约2247平方米)，或约半英亩。每个阵列上都有两层太阳能电池。每一层都位于可伸缩杆的一侧，可伸缩杆能够伸缩折叠或是形成阵列。可伸缩杆形成一个框架，这样它就可以让太阳能电池面对阳光。俄罗斯的太空舱也有80- 97英尺(24- 30米)的太阳能阵列，提供电力[来源:美国宇航局国际空间站的事实和数据]。
就像地球上的电网一样，这些阵列产生的是大约160伏的直流电力。主电源由一个二次变压器转换，提供一个可调节的124伏直流电流，供空间站的设备使用。船上还装有电源转换器，以满足美国和俄罗斯设备所需的不同电流。主电源也被用来给国际空间站的三个镍氢电池充电，当国际空间站经过地球的阴影时，这些电池就会提供电力。
国际空间站在217至285英里(362至475公里)的高度绕地球运行。在这个高度，地球的大气层非常稀薄，但仍然厚到足以拖曳国际空间站并使其减速。当国际空间站减速时，它会降低高度。除了大气阻力外，太阳耀斑还会使空间站减速，导致其降低高度，因此，国际空间站必须定期推进，以保持适当高度。指挥和服务模块有火箭发动机，可以用来推动国际空间站。不过，进步号补给船将提供大部分的补给。每一次助推都需要两个火箭发动机工作。在工作期间，国际空间站的工作暂停。推进之后，空间站的工作生活将恢复正常。
国际空间站必须能够准确地知道它在太空中的位置，其他物体的位置，以及如何从太空中的一个点到另一个点，特别是在再推进的过程中。国际空间站同时使用美国和俄罗斯的全球定位系统(GPS)来确定它的位置和移动速度。为了知道它的方向和姿态，国际空间站有几个陀螺仪。所有这些信息的结合有助于国际空间站在太空中从一个点移动到另一个点。此外，俄罗斯的导航系统使用瞄准恒星、太阳和地球的地平线进行导航。既然你已经知道了国际空间站是如何在太空中运行的，那让我们来看看在那里生活和工作是什么样子吧！
国际空间站的通信
位于休斯敦的美国宇航局任务控制中心向新墨西哥州白沙试验场的一个60英尺高的无线电天线发送信号。试验场将这些信号传递给一对位于地球上空22,300英里轨道上的跟踪和数据中继卫星。然后卫星将信号传递给美国的国际空间站或航天飞机。在早期阶段，信号是通过俄罗斯航天局的地面站和卫星通信系统发送的。
国际空间站的生活
图解:宇航员桑德拉·马格努斯在国际空间站的命运实验室里与自由漂浮的积载容器合影。图片由NASA提供
在太空生活和工作是什么感觉呢?为了回答这些问题，空间站第18常驻考察组的飞行工程师桑德拉·马格努斯写了一系列关于她在国际空间站的日记。她提到了一件重要的事情:宇航员的一天是由地面上的许多人提前(实际上是几年)计划好的。“我们船上有一个日程安排，里面有我们需要知道的所有细节，来完成一天的工作。它告诉我们什么时候该睡觉，什么时候该起床，什么时候该锻炼，什么时候吃饭，什么时候以及我们需要什么信息来完成我们的任务。”虽然这听起来非常严格，但马格努斯指出，这也有一定的灵活性，不是每个任务都必须在时间表规定的确切时间内完成。
微重力是一个具有挑战性的环境。无论你是在睡觉、换衣服还是工作，除非你把它固定好，否则你周围的的一切都会漂浮起来。即使是像早上起床穿衣服这样看似简单的事情也不是那么简单。想象一下，打开你的衣橱，里面的东西都飞了出来。马格努斯说，“当我在早上做准备时，脱下我的睡衣，它们就会漂浮在船员舱里，直到我把它们收集起来，立即用带子之类的东西把它们固定住。“在空间站很容易丢东西”[来源:NASA, 马格努斯的日记]。
每个宇航员醒来后都有一段时间来为新的一天做准备。在这段时间，宇航员可以洗澡，吃饭，锻炼和准备工作。锻炼是非常重要的;在微重力下，骨骼会失去钙，肌肉会失去质量。因此，宇航员必须在规定的时间内锻炼。马格努斯喜欢早上第一件事就是锻炼，每天在固定自行车和跑步机之间交替。接下来，有一个上午的会议，他们与机组成员和地面控制人员讨论当天每个人的职责。会议结束后，他们开始工作。
宇航员的工作主要是进行实验或维护。和大多数上班族一样，他们也会停下来吃午饭，但他们的午休时间略有不同。国际空间站上的食物主要是冷冻的、脱水的或热稳定的，饮料也是脱水的。宇航员收集食物托盘和餐具，从储物箱中找到他们各自包装好的食物，准备好食物(如果必要的话再补水)，加热食物，把它们放在托盘里然后吃。饭后，他们把用过的东西放在一个垃圾压实机里，清洗并装上餐具和托盘。
午餐后，计划好的工作继续进行，在一天的工作结束后，还会有一个晚上的会议，然后是两个小时的睡前时间，这段时间，宇航员吃晚饭，完成任何未完成的任务和放松。马格努斯说，“在这两小时的时间里有很多选择，还有像查看电子邮件、听电话、看新闻、照片和等等其他活动。周五是电影之夜，有时周六也是。”
空间站上的工作
图解:左边的蜡烛火焰处于正常重力状态，右边的蜡烛火焰处于微重力状态。图片由NASA提供
来自政府、工业和教育机构的研究人员可以使用国际空间站上的设施。但他们为什么要这么做呢?国际空间站主要用于微重力环境下的科学研究。引力影响地球上的许多物理过程。例如，重力改变了原子聚集成晶体的方式。在微重力下，可以形成近乎完美的晶体。这种晶体可以产生更好的半导体，用于更快的计算机或更有效的药物来对抗疾病。
重力的另一个作用是在火焰中形成对流，导致火焰不稳定。这使得燃烧的研究非常困难。然而，在微重力环境下，火焰会变的简单、稳定、燃烧缓慢。这种环境下的火焰使研究燃烧过程变得容易。由此可以更好地理解燃烧过程，并能研究出更好的燃烧装置或提高燃烧效率来减少空气污染。
长期处于失重状态会导致我们的身体从骨骼、肌肉组织和体液中流失钙。这些失重的影响与衰老的影响相似(肌肉力量下降，骨质疏松)。因此，暴露在微重力下可能会让我们对衰老过程有新的认识。如果我们能制定出防止在微重力环境下退化的对策，也许我们就能预防衰老。国际空间站长期暴露在微重力环境中，这是其他航天器无法模拟的环境。
国际空间站使我们能够测试与地球相似的形成生命的生态系统。我们可以在太空中大量种植植物来制造氧气、吸收二氧化碳和提供食物。这一技术对于长期的星际旅行，如火星或木星之旅，将是非常重要的。
在环绕地球大气层的轨道上，国际空间站的工作人员配备了特殊的仪器和望远镜，可以观察和测量地球表面(植被数量、温度、水)和地球大气层(二氧化碳含量、雷击、飓风发展)。宇航员还可以用望远镜观察太阳、恒星和星系，而不受地球大气层的影响。
有关具体项目和实验的详细信息，您可以查看ISS设施和实验网站。现在让我们来看看国际空间站的未来吧。
国际空间站的未来
国际空间站于2011年建成。该空间站预计将在那之后的10年内继续运行。宇航员们将在这段时间内轮换。然而，我们并不清楚这该如何发生和发展。美国航天飞机服役30年后，于2012年退役。由于当初的奥巴马政府取消了“猎户座CEV”计划，美国宇航局重返月球的计划被搁置。虽然猎户座CEV飞船本身还在研发中，战神号运载火箭却被取消了。因此，美国载人航天计划的未来并不明确。
美国宇航局继续开发新的火箭技术来取代航天飞机。但具体什么时候能准备好还不清楚。一旦航天飞机退役，美国将有一段时间无法将宇航员送入太空。因此，前往国际空间站的载人任务将不得不由俄罗斯联盟号飞船进行，并使用进步号补给船补给。国际空间站并非一点问题都没有。像国际空间站这么大、这么复杂的机器，设备都会出故障，需要维修。然而，考虑到预计的花费(超过1000亿美元)，许多人提出了这样一个问题:“国际空间站物有所值吗?”批评围绕着以下这些基本观点:
•获得的科学信息是否物有所值?
•国际空间站在未来的太空探索中几乎没有什么用途。批评人士说，航天飞机的存在是为了到一些地方去，是为了服务国际空间站。国际空间站不是一个发射到月球、火星或其它行星的平台，没有新的火箭技术在上面被开发，它也不适合任何长期的太空探索计划。
•国际空间站的预算将资金从非常成功的无人太空探测器和太空望远镜上转移，这些太空探测器和太空望远镜能产生有价值的科学信息。
•国际空间站的预算将资金从其他载人航天项目上转移，比如登月或火星任务。
只有时间才能告诉我们国际空间站的利弊。但是它仍然是太空建设的奇迹，也是最长的载人航天任务。
国际空间站的工程研究与开发
国际空间站的大部分工程研究和开发将用于研究太空环境对材料的影响，并开发用于太空探索的新技术，包括在太空中建造物体的新工程技术，新的卫星和航天器通信系统，以及未来航天器的先进生命支持系统。
太空环境有独特的危险(微流星体、宇宙射线、原子氧)，它们会影响航天器中使用的材料。材料可以放在国际空间站的开放式平台上，长时间暴露在太空环境中来分析材料。得到的信息将有助于设计更好的材料，使卫星在太空环境中寿命更长。
参考资料
1.Wikipedia百科全书
2.天文学名词
3. howstuffworks- Ldzz-CRAIG FREUDENRICH, PH.D.
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