ایستگاه فضایی بین‌المللی

تولد ایستگاه فضایی بین‌المللی

سنگ بنای ایستگاه فضایی بین‌المللی، بخش «زاریا» نام دارد و ساخت روسیه است. با پرتاب زاریا در روز ۲۹ آبان ۱۳۷۷ (۲۰ نوامبر ۱۹۹۸) توسط پروتون از پایگاه فضایی بایکونور به مدار زمین، ایستگاه فضایی عملاً متولد شد.
بخش‌های دوم و سوم ایستگاه بخش آمریکایی یونیتی و بخش روسی زیوزدا هستند که به ترتیب در ۱۵ آذر ۱۳۷۷ (۶ دسامبر ۱۹۹۸) و ۲۲ تیر ۱۳۷۹ (۱۲ ژوئیه ۲۰۰۰) پس از پرتاب به مدار زمین، به بخش زاریا متصل شدند. اتصال این سه بخش به هم امکان زندگی و کار انسان را در ایستگاه فضایی بین‌المللی به وجود آورد، و متعاقب آن اردوی یکم فضانوردان شامل دو کیهان‌نورد روسی و یک فضانورد آمریکایی در روز ۱۲ آبان ۱۳۷۹ (۲ نوامبر ۲۰۰۰) وارد ایستگاه شدند.

ساخت و مونتاژ ایستگاه در فضا

ساخت و مونتاژ ایستگاه فضایی بین‌المللی، چالش و فرایند بسیار پیچیده‌ای در زمینه مهندسی هوافضا است. در سال ۱۳۷۷ (۱۹۹۸ میلادی)، مونتاژ ایستگاه با قرار دادن بخش زاریا توسط پروتون در مدار زمین آغاز شد. دو هفته بعد، بخش یونیتی در مأموریت اس‌تی‌اس-۸۸ توسط شاتل فضایی اندور در مدار زمین قرار گرفت و به زاریا متصل گردید.
تقریباً یک سال و نیم پس از اتصال بخش یونیتی، بخش سرویس زیوزدا به ایستگاه اضافه شد. زیوزدا یکی از بخش‌های اصلی ایستگاه فضایی است، که با پیوستن آن به دو بخش قبلی، امکان زندگی، کار و پژوهش سه فضانورد در ایستگاه به وجود آمد.
پایان فرایند ساخت ایستگاه برای سال ۱۳۸۹ (۲۰۱۰ میلادی) برنامه‌ریزی شده‌است. پس از تکمیل، ایستگاه فضایی، نزدیک به ۱۲۰۰ متر مکعب فضا برای زندگی، کار و پژوهش فضانوردان، دارا خواهد بود.

اردوهای ایستگاه فضایی بین‌المللی

به گروهی از فضانوردان که به ایستگاه فضایی سفر و برای مدت و اهداف مشخصی در آن اقامت می‌کنند، «اردو» (به انگلیسی: Expedition) گفته می‌شود. هر اردو شامل سه فضانورد است و معمولاً حدود ۶ ماه به طول می‌انجامد. نام‌گذاری اردوها با شماره و به صورت «اردوی [شمارهٔ اردو]» انجام می‌شود.
بسته به توافق و برنامه، برخی از اردوها از فضاپیمای سایوز و برخی از شاتل فضایی برای رفتن به ایستگاه استفاده می‌کنند. در پایان هر اردو، سه فضانورد سوار بر فضاپیمای سایوز به زمین بازمی‌گردند و جای خود را به اردوی بعدی می‌دهند.
ایستگاه فضایی بین‌المللی تا تاریخ ۲۳ فروردین ۱۳۸۷ (۱۱ آوریل ۲۰۰۸) میزبان ۱۵۸ فضانورد بوده، و با این وصف رکورددار بیشترین تعداد مسافر در تاریخ فضانوردی است. با توجه به اینکه برخی فضانوردان بیش از یک بار به ایستگاه سفر کرده‌اند، تعداد کل بازدیدها از ایستگاه با احتساب تکرار به ۲۱۳ نوبت بالغ می‌شود. در مقابل، ایستگاه فضایی میر میزبان ۱۳۷ بازدید بوده‌است.

منبع نیرو

منبع نیروی الکتریکی ایستگاه فضایی بین‌المللی انرژی خورشیدی است. انرژی خورشیدی ابتدا فقط توسط صفحات خورشیدی متصل به بخش‌های روسی ایستگاه یعنی زاریا و زیوزدا تأمین می‌شد. بخش‌های روسی ایستگاه از جریان برق مستقیم ۲۸ ولتی بهره می‌برند. (سامانه برق فضاپیمای شاتل نیز همینگونه است)
آرایه صفحات خورشیدی دارای طولی معادل ۵۸ متر و سطحی برابر ۳۷۵ متر مربع است. این صفحات با حرکت‌های دورانی و چرخشی، خود را برای گرفتن بیشترین مقدار نور از خورشید تنظیم می‌کنند.
پس از توسعه ایستگاه و نصب بخش‌ها و سازه‌های جدید، صفحات خورشیدی متصل به ستون فقرات ایستگاه، با تولید برق مستقیم ۱۳۰ تا ۱۸۰ ولتی، برق مورد نیاز بخش‌های دیگر را با تأمین می‌کنند. این برق پس از دریافت از سامانه انرژی خورشیدی، در سراسر ایستگاه با ولتاژ ۱۶۰ ولت (مستقیم) پخش می‌شود و در صورت نیاز به صورت ۱۲۴ ولت (مستقیم) در اختیار فضانوردان قرار می‌گیرد. تبادل نیروی الکتریکی با توان و ولتاژ متفاوت بین بخش‌های مختلف ایستگاه به‌وسیله ترانسفورماتور انجام می‌شود.
در تاریخ ۲۰ مارس ۲۰۰۹ میلادی، قسمت چهارم و نهایی صفحات خورشیدی ایستگاه (حاوی دو بال) با هدایت کنترل‌کننده‌های زمینی باز و آماده کار شدند. به این ترتیب ایستگاه بین‌المللی فضایی، ده سال پس از شروع عملیات مونتاژ، با نصب آخرین صفحات خورشیدی به حداکثر ظرفیت الکتریکی خود دست‌یافت.

پشتیبانی زندگی

در ایستگاه فضایی بین‌المللی، نظارت بر فشار هوا، میزان اکسیژن، آب، و اطفاء حریق توسط «سامانه کنترل محیط و پشتیبانی زندگی» انجام می‌گیرد. کنترل هوای قابل تنفس (اتمسفر) داخل ایستگاه فضایی بین‌المللی مهم‌ترین وظیفه این سامانه‌است. وظیفه تولید اکسیژن در ایستگاه به عهده دستگاهی موسوم به الکترون است. الکترون نه تنها هوای درون ایستگاه را تصفیه می‌کند، بلکه با روش الکترولیز اکسیژن و هیدروژن را از آب مصرف‌شده در ایستگاه جدا کرده، اکسیژن را به اتمسفر ایستگاه برمی‌گرداند و هیدروژن را در فضا تخلیه می‌نماید. روش اصلی تصفیه هوای داخل ایستگاه در دستگاه الکترون، استفاده فیلترهایی مجهز به زغال فعال است.
در کنار آن، تمام آب مصرف شده در ایستگاه ذخیره و بازیابی می‌شود. فاضلاب ایستگاه شامل پسماند و پیشاب سرنشینان از دستشویی‌ها و حمام، و بخار آب داخل ایستگاه جمع‌آوری شده، پس از تصفیه مجدداً آب خالص از آن بازیافته می‌شود و مورد استفاده قرار می‌گیرد.
فضای داخلی ایستگاه فضایی بین‌المللی نسبت به ایستگاه روسی میر بسیار بزرگ‌تر و کم‌سروصداتر است.
در آی‌اس‌اس پنجره‌های بیشتری نیز برای مشاهده زمین و محیط فضا جاسازی شده‌اند.

کنترل جهت

جهت پرواز مداری ایستگاه فضایی بین‌المللی توسط یکی از دو سامانه موجود کنترل می‌شود. یکی از سامانه‌ها دارای چندین ژیروسکوپ کنترل‌کنندهٔ اندازهٔ حرکت زاویه‌ای (CMG) است که در حالت عادی جهت حرکت ایستگاه را تنظیم می‌کند. در صورتی که اشباع شدن سامانه CMG آن را از انجام کار بازدارد، سامانه کنترل جهت روسی، به‌طور خودکار کنترل ایستگاه را در دست می‌گیرد. این سامانه با استفاده از پیشرانه‌های موجود در بخش‌های روسی، جهت ایستگاه را ثابت نگه می‌دارد.

کنترل ارتفاع

ارتفاع ایستگاه فضایی بین‌المللی از سطح زمین بین ۳۳۰ کیلومتر تا ۴۳۵ کیلومتر در تغییر است. ارتفاع پایین‌تر معمولاً برای اتصال شاتل با محموله سنگین، و ارتفاع حداکثر ۴۳۵ کیلومتر برای اتصال فضاپیمای پشتیبانی سایوز حامل سرنشینان به ایستگاه مناسب است. به دلیل نیروی گرانش زمین، و اصطکاک جزئی ولی دائمی با اتمسفر بسیار رقیق لایه‌های فوقانی جو، ارتفاع ایستگاه فضایی بین‌المللی حدود ۲٫۵ کیلومتر در ماه کاهش می‌یابد. به همین علت ارتفاع ایستگاه باید چندین مرتبه در سال اصلاح گردد. این اصلاح ارتفاع توسط پیشرانه‌های موجود در بخش زیوزدا، و همچنین پس از اتصال شاتل، پروگرس و فضاپیمای ترابری خودکار با استفاده از پیشرانه‌های آن‌ها میسر است. اصلاح ارتفاع حدود ۳ ساعت (دو گردش مداری دور زمین) به طول می‌انجامد.

ایستگاه‌های فضایی شوروی

پیشینه ایستگاه فضایی بین‌المللی به دوران جنگ سرد و مسابقه فضایی بازمی‌گردد. در این دوره، اتحاد شوروی با ساخت سه نسل ایستگاه فضایی در مدار زمین، پیشگام سکونت دائمی انسان در فضا و استفاده از فناوری فضایی بود. از سال ۱۹۷۱ تا ۱۹۸۲ میلادی شوروی با موفقیت هفت ایستگاه فضایی نسل اول و دوم سالیوت و آلماز را در مدار زمین ساخته و راه‌اندازی کرد. در سال ۱۹۸۶ نسل سوم ایستگاه فضایی یعنی ایستگاه میر در مدار زمین ساخته شد. بر اساس برنامه‌ریزی سازمان فضایی شوروی، این روند با ساخت ایستگاه فضایی عظیم نسل چهارم با نام میر-۲ در سال ۱۹۹۳ وارد مرحله جدیدی می‌شد. اما با فروپاشی شوروی و بحران مالی دهه ۱۹۹۰ در روسیه، ابعاد برنامه ایستگاه میر-۲ به دلیل کسر بودجه کاهش یافت، و با لغو پروازهای شاتل بوران، پروژه ایستگاه فضایی میر-۲ با تاخیرات پی در پی مواجه گشت. در سال ۱۹۹۲ سازمان‌های فضایی روسیه و اروپا مذاکراتی برای همکاری مشترک در ساخت و توسعه ایستگاه فضایی میر-۲ آغاز کردند.

طرح ایستگاه فضایی آزادی

در همین حال در دهه ۱۹۸۰ میلادی، ایالات متحده برای رقابت با ایستگاه‌های فضایی سالیوت و میر شوروی، طرحی برای ساخت ایستگاه فضایی در دست داشت. این طرح رسماً در ۵ بهمن ۱۳۶۲ (۲۵ ژانویه ۱۹۸۴) توسط رونالد ریگان رئیس‌جمهور وقت ایالات متحده اعلام شد. در سال ۱۹۸۸، ریگان رسماً این ایستگاه را «آزادی» نام نهاد. ایستگاه فضایی آزادی دومین برنامه ساخت ایستگاه فضایی آمریکا پس از اسکای‌لب بود، و پس از فشار کنگره و کاهش بودجه اولیه، مبلغ ۱۲٫۲ میلیارد دلار در مارس ۱۹۸۷ برای توسعه برنامه تخصیص داده شد. علی‌رغم برنامه‌ریزی‌های اولیه، با کاهش پی در پی بودجه و افزایش هزینه‌های مورد نیاز برای ساخت ایستگاه، ناسا چندین بار وادار به بازبینی ابعاد طرح شد و برنامه ساخت ایستگاه با تأخیر طولانی مواجه گشت. فاجعه انفجار فضاپیمای چلنجر، افزایش هزینه‌های عملیاتی ناوگان شاتل فضایی، و تردید نسبت به امنیت پرواز آن، ضربه دیگری بر این پروژه وارد کرد. سر انجام در سال ۱۹۹۰ برنامه ساخت ایستگاه فضایی آزادی زیر بار خود کمر خم کرد و علی‌رغم تلاش ناسا برای بازبینی آن، به‌طور کلی لغو شد.

همکاری پس از پایان جنگ سرد

پس از پایان جنگ سرد و از سال ۱۹۹۰، دولت‌های آمریکا و روسیه گفتگوهایی را برای تلفیق تلاش‌هایشان برای ساخت ایستگاه فضایی جدید آغاز کردند. در تابستان سال ۱۹۹۳ دولت‌های آمریکا و روسیه برای تلفیق پروژه ایستگاه‌های فضایی میر-۲ و آزادی به توافق اولیه دست یافتند. سپس موافقت شد که برنامه‌های ساخت ابزار و آزمایشگاه‌های فضایی ژاپن و سازمان فضایی اروپا نیز در این برنامه گنجانده شود. با ترکیب طرح‌های پیشین، توافق نهایی برای ساخت ایستگاه فضایی در ۱۰ آبان ۱۳۷۲ (یکم نوامبر ۱۹۹۳) حاصل شد. طرح ایستگاه فضایی بین‌المللی نسبت به طرح‌های پیشین دارای مزایای زیادی بود که از جمله آن‌ها می‌توان به حجم مفید بیشتر ایستگاه، استفاده از تجربه طولانی روسیه در توسعه ایستگاه‌های فضایی، آماده‌سازی سریع‌تر، و توزیع هزینه‌های پروژه بین همه مشارکت‌کنندگان اشاره کرد. قرار بر این شد که از تمام برنامه‌های کشورهای مشارکت‌کننده در ساخت و توسعه ایستگاه فضایی بین‌المللی استفاده شود. این برنامه‌ها شامل ایستگاه فضایی میر-۲، ایستگاه فضایی آزادی، آزمایشگاه کلمبوس، و آزمایشگاه کیبو بود.

پروژه شاتل-میر

در همین حال و به منظور آماده‌سازی، هماهنگی سامانه‌ها و آشنایی کارشناسان طرفین پروژه با سامانه‌های فضایی یکدیگر، توافق‌نامه دیگری با هدف «همکاری بین ایالات متحده آمریکا و فدراسیون روسیه برای استفاده از فضا برای مقاصد صلح‌آمیز» در سال ۱۹۹۲ بین بوریس یلتسین و جرج بوش (پدر) امضاء شد که برنامه شاتل-میر نام دارد. اجرای این توافق‌نامه گامی عمده پیش از ساخت ایستگاه بین‌المللی بود و به «فاز یکم» مشهور است («فاز دوم» ساخت ایستگاه بین‌المللی است).
برنامه شاتل-میر امکان سفر فضانوردان آمریکایی به ایستگاه فضایی میر، توسعه سامانه‌های لازم برای اتصال شاتل فضایی آمریکا به ایستگاه، و امکان پرواز فضانوردان روسی با شاتل فضایی را فراهم آورد. همچنین کارشناسان آمریکایی به دانش و تجربه روسیه در زمینه اقامت بلندمدت انسان در فضا دسترسی پیدا کردند. در پی این موافقت‌نامه، فضاپیماهای شاتل آمریکایی در ۱۲ نوبت بین سال‌های ۱۹۹۴ تا ۱۹۹۸ به ایستگاه فضایی میر متصل شدند. این دومین همکاری فضایی آمریکا و روسیه پس از پروژه آپولو-سایوز محسوب می‌شود، و سابقه همکاری دو کشور در آن پروژه، در تسریع روند برنامه شاتل-میر بی‌تاثیر نبوده‌است.

مشارکت اروپا و ژاپن

سازمان فضایی اروپا دارای تجربه در ساخت ایستگاه فضایی نیست، اما فضانوردان این سازمان چندین بار در قالب برنامه‌های مشترک به ایستگاه فضایی میر سفر کرده بودند. آزمایشگاه فضایی کلمبوس در اصل به عنوان یک آزمایشگاه مداری مستقل طراحی شده بود. پس از ورود اروپا به پروژه ایستگاه فضایی بین‌المللی، تغییراتی در طراحی آزمایشگاه داده، قابلیت اتصال به ایستگاه در آن تعبیه شد. مشارکت دیگر اروپا در این پروژه، فرستادن فضاپیمای ترابری خودکار توسط موشک پرقدرت آریان-۵ به ایستگاه فضایی است.
سازمان فضایی ژاپن نیز به مانند همتای اروپایی خود، آزمایشگاه فضایی کیبو را به عنوان آزمایشگاه مداری مستقل طراحی کرده بود. آن طرح نیز مانند طرح کلمبوس تبدیل به یکی از بخش‌های ایستگاه فضایی بین‌المللی شد.

نام‌گذاری ایستگاه فضایی

این ایستگاه به‌طور رسمی با نام «ایستگاه فضایی بین‌المللی» شناخته می‌شود. در آغاز پروژه، ناسا نام «آلفا» را برای ایستگاه پیشنهاد کرده بود، اما این نام با مخالفت سازمان فضایی روسیه مواجه و کنار گذاشته شد. از نظر روس‌ها، حرف «آلفا» به عنوان «نخستین» حرف الفبای یونانی بیانگر گام «نخست» در ساخت ایستگاه‌های فضایی است، در حالیکه این پروژه به عنوان نسل سوم ایستگاه‌های فضایی شناخته می‌شود. سازمان فضایی روسیه نام «آتلانت» را پیشنهاد کرد که آن هم به علت شباهت به نام فضاپیمای آتلانتیس، مورد قبول واقع نشد. معدودی از منابع آمریکایی هنوز نام «آلفا» را به‌طور غیررسمی برای ایستگاه بکار می‌برند.

فضاپیماهای پشتیبانی

برای حمل و نقل فضانوردان، رساندن وسایل مورد نیاز زندگی آنها، ابزار آزمایشگاهی و قطعات و قسمت‌های جدید برای گسترش فضای ایستگاه فضایی بین‌المللی از فضاپیماهای روسی، آمریکایی و اروپایی استفاده می‌شود.