国际空间站是如何运作的

建造国际空间站(ISS)很像用一个孩子的玩具乐高或K'nex积木组。但是，虽然这些玩具的规模往往很小，但国际空间站包含成千上万个部件[来源:霍林汉姆］.

以下列出部分主要组成部分:

国际空间站的组装始于1998年11月，当时一枚俄罗斯质子火箭将第一个模块——功能货物舱(Zarya)送入轨道。2000年10月31日，国际空间站的第一批三名宇航员从俄罗斯发射升空。宇航员在国际空间站上呆了4个月17天，激活系统并进行实验。

从那时起，许多航天器将国际空间站的部分部件送入轨道，空间站的组装工作也在进行。在此期间，国际空间站一直在载人——截至撰写本文时，已经61人宇航员探险队已经成功地到达了空间站。

空间站目前的工作人员于2019年10月3日上任。这些勇敢的男男女女是国际空间站61号远征队的成员，他们将在太空呆到2020年2月。届时，他们将把控制权交给62远征队[消息来源:美国国家航空航天局］.

作为家庭办公室，国际空间站是相当大的。上述桁架长357英尺(108.8米)，几乎和一个美式足球场一样长。国际空间站还包含多组宽的矩形太阳能电池板，翼展达240英尺(73米)。该空间站的重量为925335磅(419725公斤)。它有13696立方英尺(388立方米)的可居住空间，每有一艘船停靠在那里，这个数字就会增加[来源:美国国家航空航天局］.

国际空间站以每小时17227英里(每小时27724公里)的惊人速度运行，在离地球表面248英里(400公里)的平均高度运行。康纳斯和豪厄尔］.

这些都是相当令人印象深刻的规格，但也许更令人印象深刻的是国际空间站如何维持一个宜居的环境。

在太空中维持一个永久的环境需要我们许多人在地球上习以为常的东西:新鲜的空气、水、食物，甚至是舒适(和适宜居住)的气候垃圾处理和防火。

首先，让我们谈谈空气。我们都需要氧气，因此ISS有几种提供它的方法。一种技术是从中提供氧气地球通过宇宙飞船。补给班车定期带着新鲜氧气到达;赋予生命的元素被储存在国际空间站上的压力容器中[来源:斯塔尔］.

国际空间站也有系统从再生水．其中一些装置利用电解将水分解成氢气和氧气。然后，前者与一种不受欢迎的化合物:二氧化碳(CO2)结合。人类自然会呼出这种无色的气体，但吸入太多这种气体对你的健康有害。

在地球上，这通常不是问题，因为植物会吸收二氧化碳。然而，国际空间站上的园艺空间是有限的，这迫使工程师们设计其他方法来去除多余的二氧化碳。电解过程开始后，一些氢与积累的二氧化碳发生反应。这种相互作用的副产品是甲烷气体，释放到太空中。同时，回收的氧气进入国际空间站的空气供应系统[来源:斯塔尔］.

虽然正在进行，但饮用水会被回收，因为其中一些非常机制重新包装呼出的空气。还通过收集汗液，缩合和尿液来回收水。（另外，一些船员会员从重用厕所和淋浴水中获得水。）作为宇航员道格拉斯H. Wherwock告诉纽约时刻，当您在ISS上的时候，“昨天的咖啡是明天的咖啡”[来源：施瓦兹］.

据欧洲航天局(European Space Agency)称，国际空间站上多达80%的水是循环利用的。现在，欧洲航天局和美国宇航局正在修补闭环生命维持系统——如果完善的话——可能完全消除向国际空间站运送水和氧气的需要。破解这项技术可能成为未来远距离太空旅行的关键[来源:欧洲航天局］.

好的，那么食物怎么样？嗯，除了一些可食用的植物生长在，机组人员取决于其大部分食品供应的常规交付。很多菜单项目都有专门设计的包，可贴上与魔术贴的用餐表面，以免它们漂浮在低重力环境中[来源：Lemonick和普雷斯顿］.

维持适宜居住的温度是另一个大问题。国际空间站必须分别承受地球背面的零下128摄氏度(零下200华氏度)和93摄氏度(200华氏度)的温度。

除此之外，ISS使用加热器，绝缘和液态循环环以调节内部温度。散热器有助于释放由车站的一些机器产生的多余热量[来源：美国国家航空航天局］.

像任何家庭一样，国际空间站必须保持清洁。这在太空中尤其重要，因为漂浮的灰尘和碎片可能会带来危险。宇航员使用各种湿巾、清洁剂和吸尘器来清洁表面、过滤器和自身。垃圾被装在袋子里，装在补给船上，然后返回地球或焚烧[来源:安德森和美国国家航空航天局］.

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，它需要电力来完成所有这一切。

我们认为理所当然电力来经营我们的家庭。例如，要使用你的咖啡壶，你可以毫不犹豫地把它插到墙上。就像在家里一样，国际空间站的所有机载系统都需要电力。8个大型太阳能电池板提供电力太阳．每个阵列长240英尺(73米)，累计而言，覆盖面积约27000平方英尺(2500平方米)[来源:美国国家航空航天局］.

每个阵列上都有两层太阳能电池。每个毯子都位于一个可伸缩桅杆的一侧，桅杆可以伸展和收缩，从而折叠或形成阵列。桅杆上有一个万向节，这样它就可以让太阳能电池面向阳光。美国国家航空航天局］.

就像一个地球上的网格，阵列产生主要功率 - 大约84到120千瓦的电力，足以将灯保持在40多个房屋上。NASA报告说，虽然ISS吸收阳光，但在该过程中产生的电力大约60％的电力进入车站的充电电池[来源：美国国家航空航天局］.

最初，国际空间站配备了镍氢电池。但在2017年，在服役18年后，它们被换成了24个锂离子替代品。除了更便宜，这些升级后的电池体积更小，效率更高[来源:Nield］.

在空间站的轨道高度，地球的大气层非常薄，但仍然足够厚，可以拖拽国际空间站并使其减速。因此，国际空间站必须经常进行增压，以免因减速而偏离航向并失去高度。

俄罗斯的Zvezda服务舱有可以用来推动国际空间站的引擎。然而，是进步补给船做了大部分的再推进。每次再助推活动都需要火箭发动机燃烧[来源:搜集和美国国家航空航天局］.

这些相同的技术也可以用来引导船只远离漂浮空间碎片(这在当今相当普遍)。此外，有时还需要调整空间站的方向，以便与补给船连接。

国际空间站的宇航员不仅需要知道它们的精确位置，而且还需要找到其他物体的位置——并弄清楚如何从A点到达B点，尤其是在再推进期间。

国际空间站使用俄罗斯和美国的全球定位系统(GPS)来确定其速度和位置。此外，还有多个旋转陀螺仪，以帮助空间站保持其所需的方向。此外，国际空间站还监测各种恒星、卫星和地面站——以及太阳——的下落，以便导航[来源:美国国家航空航天局］.

现在你知道国际空间站是如何在太空中停留的，让我们看看在那里生活和工作是什么感觉。

在太空生活和工作是什么感觉?为了回答这些问题，第18远征队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停留期间的日记。她指出了一件重要的事情:宇航员的一天是由地面上的许多人提前计划好的。

“我们有一个日程安排程序，里面有我们需要知道的所有细节，以便完成一天的工作。它告诉我们什么时候睡觉，什么时候起床，什么时候锻炼，什么时候吃饭，什么时候和什么信息需要完成我们的任务”[来源:美国国家航空航天局］.

尽管这听起来非常死板，但Magnus注意到其中存在一定的灵活性，不是每个任务都必须在时间表规定的确切时间内执行。

微重力呈现出一个具有挑战性的环境。无论你是在睡觉、换衣服还是在工作，除非它被固定在合适的地方，否则空间站里你周围的一切都会漂浮。甚至像早上起床和穿衣服这样看似简单的事情也不是那么简单。想象一下，打开你的衣柜，里面的东西朝你飞来。早上准备时，马格努斯说，“当我脱下我的睡衣时，它们就会在船员宿舍里飘来飘去，直到我把它们收集起来，并立即把它们系在一个乐队或其他什么东西后面。只说这里很容易丢东西就够了!”【来源:美国国家航空航天局］.

醒来后，每个宇航员都有一个睡眠后期准备当天。在此期间，宇航员可以淋浴，吃和阅读日常摘要报告（哪个有趣的事实 - 包括偶尔的卡通）[来源：欧洲航天局］.

锻炼是很重要的;在微匍匐，骨骼失去钙和肌肉损失质量。所以，宇航员留出了足够的时间锻炼。在ISS上，船员每天花费2.5小时 - 每周六天 - 严格锻炼。虽然他们有一个跑步机，运动骑自行车和举重装备，但这些物品看起来非常远离您在YMCA的设备中取出。（大声哭泣，举重装置使用吸力来产生阻力 - 并且自行车甚至没有座位。）[来源：花岗岩碎砾］.

在实际工作中，宇航员进行实验或维护。像大多数人一样，他们在中午停下来吃午饭。然后，工作结束后，机组人员和地面控制中心会在晚上召开计划会议。当这一切结束后，宇航员们就可以自由地出去闲逛，吃晚餐，参与社交媒体。

说到闲暇时间，国际空间站已经举办了全体宇航员的电影之夜。2016年，Gizmodo报道称，宇航员可以观看500多部电影和电视剧，包括《摩登家庭》(Modern Family)、《低俗小说》(Pulp Fiction)和阿尔弗雷德·希区柯克(Alfred Hitchcock)的《恶名昭彰》(Notorious)。一年后，探险队54号在国际空间站观看了《星球大战:最后的绝地武士》(Star Wars: the Last Jedi)，在推特上引起了热议。诺瓦克和美国国家航空航天局］.

理想情况下，宇航员每晚应该有8.5小时的睡眠。由于机器嗡嗡作响，一些宇航员在打瞌睡时戴着耳塞[来源:欧洲航天局］.

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在独特的微重力环境下进行科学研究。重力影响了我们称之为家的蓝色星球上的许多物理过程。例如，重力改变了原子聚集形成晶体的方式。在国际空间站上，实验者可以研制出比在地球上更大、结构更好的晶体。这种晶体可以帮助我们设计出更有效的药物来对抗疾病，或者改进辐射探测技术[来源:ISS:美国国家实验室］.

此外，微重力对点火也有一些有趣的影响。当你在地球上点燃一根火柴时，重力会将冷而稠密的空气向下拉，而热气上升，形成泪滴状的火焰。但在国际空间站上，火焰以微小的蓝色球体的形式出现。这些已经彻底改变了我们对燃烧过程的理解。未来，国际空间站的火焰实验可以帮助工程师设计更高效的燃烧器，同时减少空气污染[来源:美国国家航空航天局］.

长期暴露在失重状态下导致我们的身体从骨骼中流失钙，从肌肉中流失组织，从身体中流失液体。这些失重的影响——例如肌肉力量下降、骨质疏松——与衰老的影响相似。因此，暴露在微重力环境下可能会让我们对衰老过程和相关治疗有新的认识。

事实上，NELL-1是一种实验性蛋白质，通过形成替代骨来对抗骨质疏松症。在空间站上的实验室老鼠身上进行的试验取得了一些令人鼓舞的结果。史密斯］.

国际空间站的宇航员还可以测试生态生命维持系统。在他们的轨道工作场所，可以种植各种释放氧气、吸收二氧化碳并提供食物的植物。这些园艺技能对于长时间的星际太空旅行(如火星之旅)将非常重要。

国际空间站的工作人员在地球大气层上空运行，并配备了特殊的仪器和望远镜，他们可以监测地球表面(如冰川分布模式)和大气层(如发展)中的许多不同的东西飓风）.宇航员还可以使用望远镜来观测太阳、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细节，你可以查看NASA的空间站实验网站．现在让我们来看看国际空间站的未来。

知识很少是廉价的。国际空间站的累计造价高达1000亿美元，是人类历史上最昂贵的项目之一。多年来，财务方面的考虑让人们对它的长期前景产生了疑问。

到2024年，国际空间站将继续从参与国获得资金。但一些重大变化可能即将发生。最近，美国国家航空航天局(NASA)提出了向私人公司开放空间站的想法，这符合里根的最初计划。也许——在某一时刻——商业利益集团将承担部分或全部的日常运营控制权。然而，国际空间站是否会像一些政客所希望的那样私有化，还有待观察。Greenfieldboyce和美国国家航空航天局］.

太空可能是最后的前沿，但到目前为止，空间站的轨道领域已经成为人们熟悉的领域。再一次，NASA设定了它的月球上的景象当前正在进行的阿耳忒弥斯计划预计将在2024年将“第一个女人和下一个男人”送上地球的自然卫星[来源:美国国家航空航天局］.

那么国际空间站该怎么办呢?一些管理人员和科学家认为，在空间站上进行的研究对未来月球和火星探索的成功至关重要。不过，钱的问题总是让人感到难堪。国际空间站是否从其他太空项目中转移了太多的资金?2019年7月31日，美国宇航局局长吉姆·布里登斯通(Jim Bridenstone)宣布，该机构不会从国际空间站的预算中拿出一分钱来资助新的月球着陆技术。“如果你蚕食科学，如果你蚕食国际空间站，你将永远无法达到你想要的最终状态，”他认为[来源:马修斯和Redd计划］.

当参与国政府讨论他们的外太空实验室的命运时，中国已经建立了自己的空间站。两个原型-天宫一号的发射Tiangong-2分别在2018年和2019年分别结束了他们在行星地球轨道上的奔跑。两艘船只都被用来帮助开发更大更好的项目：一个有三个模块的大型iss-is的工艺。根据中国政府的说法，它将在2020年代早期完成[来源：琼斯］.

无论国际空间站的明天如何，它仍然是太空建设的一个奇迹——就在写这篇文章的时候，它是有史以来最长的载人太空任务。

发布日期:2019年12月6日