תחנת החלל הבינלאומית

התחנה

תחנת החלל הבינלאומית היא איחוד של מספר תחנות חלל שתוכננו כמיזמים נפרדים בידי מספר סוכנויות חלל, ובהן: "פרידום" האמריקאית, "מיר־2" הרוסית, "קולומבוס" האירופאית ו"קיבו" היפנית. שורשי המיזם נעוצים בתוכנית מיר ומעבורות החלל בשנת 1994, והמיזם עצמו החל עם שיגור היחידה הראשונה ב־1998 על גבי הטיל הרוסי "פרוטון", ונמשך עם שיגור והרכבת חלקים נוספים כמו: יחידות מדוחסות אוויר ותומכות חיצוניות כחלק ממטען מעבורות החלל, טילי פרוטון ומשגרי סויוז רוסיים.
נכון לפברואר 2011, התחנה מורכבת מ־15 יחידות מדוחסות אוויר, אספקת הכוח לתחנה מתבצעת על ידי 16 לוחות סולריים המותקנים על התומכות החיצוניות ועוד 4 לוחות קטנים יותר המותקנים על היחידות הרוסיות. התחנה נמצאת במסלול שבין 278 ק"מ עד 460 ק"מ, במהירות ממוצעת של 27,743.8 קמ"ש ומשלימה 15.7 הקפות סביב כדור הארץ ביממה.
תפעול תחנת החלל הבינלאומית נעשה על ידי חמש סוכנויות החלל
בו־זמנית באמצעות מרכזי שליטה ובקרה הנמצאים בכדור הארץ. הבעלות וזכויות השימוש בתחנה נקבעו בשורה של הסכמים וחוזים הנותנים לתאגיד החלל הפדרלי של רוסיה בעלות מלאה על היחידות שלה, בעוד שאר התחנה נמצאת בבעלות משותפת של ארבע הסוכנויות האחרות. עלות התחנה כולה מוערכת בכ־100 מיליארד אירו והיא נחשבת למבנה היקר ביותר שנוצר אי פעם. לתחנה נשלחת בקביעות אספקה באמצעות חלליות מספר פעמים בשנה, בעבר על ידי מעבורות החלל האמריקאיות, וחלליות ATV האירופאיות, וכיום (2017) באמצעות חלליות סויוז ופרוגרס הרוסיות, חללית קואונוטורי (HTV)‏ היפנית, וכן החלליות הפרטיות דרגון וסיגנוס. לאורך השנים ביקרו בה בה אסטרונאוטים וקוסמונאוטים מ־15 אומות שונות.
נכון לעשור השני של המאה ה־21, התחנה מאוישת בצוותים ומשלחות של אסטרונאוטים וקוסמונאוטים המונים בסביבות 6 אנשים ומחזיקה בשיא הנוכחות האנושית הרציפה הארוכה ביותר בחלל, עם פעילות אנושית רציפה מה־31 באוקטובר 2000‏.
נכון לנובמבר 2017 המניין של כלל האסטרונאוטים שביקרו בתחנת החלל הבינלאומית, מכל הלאומים, צוות ומבקרים, עומד על 227.

משימות התחנה

תחנת החלל הבינלאומית ראויה למגורי אדם. התחנה מציעה תנאים טובים יותר לשהייה ממושכת בחלל יחסית למעבורות החלל, ולכן מאפשרת את ניהולם של ניסויים מדעיים ממושכים ומשמשת כמעבדת מחקר. צוותי התחנה מנהלים מחקרים בתחומי המדע השונים כגון: ביולוגיה, כימיה, רפואה, פיזיולוגיה ופיזיקה, כמו כן מתקיימות בה תצפיות אסטרונומיות ומטאורולוגיות. בנוסף, התחנה מספקת סביבה ייחודית לניסויים במערכות חלל הנדרשות לטיסות לירח ולמסעות ארוכים כמו מסע למאדים. הנוכחות הקבועה של הצוות בתחנה משפרת את היכולת לנטר, לתקן ולהחליף ניסויים ומרכיבים בניסויים בתחנה. למדענים על כדור הארץ יש גישה מהירה למידע שנצבר בידי צוותי התחנה והם יכולים לשנות, להתאים מחדש ולשלוח ניסויים חדשים. איוש התחנה מאפשר יתרון משמעותי בביצוע ניסויים ביחס לניסויים הנערכים בחלליות לא מאוישות.
הצוותים נשלחים למספר חודשי שהות בתחנה במהלכם הם עורכים ניסויים מדעיים מדי יום (כ־160 שעות אדם שבועיות מוקדשות לניסויים אלו). כך לדוגמה, בסיכום המשלחת ה־15 ששהתה בתחנה, בוצעו 138 ניסויים מדעיים שונים. ממצאים ותגליות מדעיות של התחנה מפורסמים מדי חודש.
כמו כן התחנה מאפשרת ביצוע ניסויים במערכות קיום חיים במערכות תחזוקה - מערכות הנדרשות למסעות ממושכים בחלל. ניסויים אלה מאפשרים שיפור והגדלת היכולות של חלליות העתיד.
חלק ממשימות הצוותים מיועדות למטרות חינוך ושיתוף פעולה בינלאומי. הצוות נותן הזדמנויות לסטודנטים בכדור הארץ לבנות ניסויים ולבצעם בתחנת החלל, ובכך התחנה מעודדת שיתוף פעולה בחלל בקרב אומות שונות.

בניית תחנת החלל

הרכבת תחנת החלל הבינלאומית החלה ב־20 בנובמבר 1998. הרכבת מרבית חלקי התחנה בוצעה על ידי אסטרונאוטים במשך יותר מ־973 שעות של פעילות חוץ רכבית (כ־155 הליכות חלל). 127 מהליכות חלל אלו יצאו מתוך תחנת החלל עצמה ושאר 28 הליכות חלל יצאו מסיפונן של מעבורות החלל.
הרכיב הראשון של התחנה, זאריה, שוגר ב־20 בנובמבר 1998 על גבי טיל פרוטון רוסי ושבועיים לאחר מכן חובר לזאריה הרכיב יוניטי, שהגיע בתא המטען של מעבורת החלל אנדוור במסגרת משימת STS-88. שני רכיבים אלו היוו את ליבת התחנה. זו נשארה לא מאוישת במשך השנה וחצי שלאחר חיבורן. ביולי 2000 שוגרה היחידה הרוסית "זבזדה", ואיפשרה לראשונה לאייש את התחנה בצוות שמנה לכל היותר 3 אסטרונאוטים וקוסמונאוטים. המשלחת המאוישת הראשונה הגיעה רק בנובמבר 2000 בחללית סויוז TM-31, בין שתי טיסות המעבורת STS-92 ו־STS-97. שתי משימות אלו הביאו עימן את התומכות, שאיפשרו התקנה של רכיבים שסיפקו באופן ראשוני את היכולת לתקשר עם כדור הארץ ולקבל הנחיות ממנו, הארקה חשמלית (ב־Z1) ואספקת כוח לתחנה באמצעות מערך לוחות סולריים (על תומכות P6).
במהלך השנתיים הבאות, המשיכה תחנת החלל להתרחב - כשמשגר סויוז מעלה אליה את Pirs - חלק המאפשר עגינה לחלליות סויוז ופרוגרס הרוסיות, ומעבורות החלל דיסקברי, אטלנטיס, ואנדוור מביאות עימן את יחידת המעבדה "דסטיני", ואת מנעל האוויר Quest - המאפשר לבצע הליכות חלל באמצעות שני סוגי חליפות החלל שבשימוש על גבי תחנת החלל הבינלאומית (לפני הוספת התא לתחנה ניתן היה לבצע בה הליכות חלל רק בשימוש חליפת החלל הרוסית אורלן מהיחידה הרוסית זבזדה, כאשר השימוש בחליפת החלל האמריקאית EMU היה אפשרי רק כאשר עגנה בתחנה מעבורת חלל), הזרוע הרובוטית של התחנה קנדארם 2 ומספר תומכות נוספות.
הגדלת התחנה והבאת הרכיבים אליה התנהלה לפי לוחות הזמנים שנקבעו, אולם הופסקה בשנת 2003 בעקבות אסון מעבורת החלל קולומביה במשימת STS-107. עם ממצאי החקירה, הוחלט על הפסקת טיסות מעבורות החלל לאלתר, ובכך נפגעה בניית התחנה עד שיגור הדיסקברי למשימת STS-114 בשנת 2005.
חידוש ההרכבה החל רק במשימת STS-115 על ידי מעבורת החלל אטלנטיס שהביאה עימה את המערך הסולרי השני לתחנה. תומכות נוספות ומערך הלוחות הסולאריים השלישי הורכבו במשימות STS-117, STS-116 ו־STS-118. הגדלת המערך הסולארי, הגדילה את אספקת הכוח לתחנה, ואיפשרה את הרכבת והפעלת יחידת "הרמוני", יחידת המחקר האירופאית "קולומבוס", ואת היחידה היפנית הראשונה - "קיבו".
במרץ 2009, במשימת STS-119 הושלמה בניית התומכות והתקנת מערך הלוחות הסולרים האחרון (הרביעי במספר). ביולי 2009, במשימת STS-127, הותקנה היחידה היפנית השנייה ולאחריה היחידה הרוסית "פויסיק".
בפברואר 2010, במשימת STS-130, הגיעה "טרנקוויליטי" לצד הקופולה במטען מעבורת החלל אנדוור. במאי 2010 הגיע החלק הרוסי, רסבה, עם מעבורת החלל אטלנטיס במשימת STS-132. בפברואר 2011, במשימת STS-133, משימתה האחרונה של מעבורת החלל דיסקברי, הותקנה היחידה הלוגיסטית הרב תכליתית - "לאונרדו".
נכון לפברואר 2011, התחנה מורכבת מ־15 יחידות מדוחסות ומערך תומכות מושלם.
נכון לנובמבר 2015, יחידת המעבדה הרב תכליתית הרוסית - "נאוקה" (Nauka, ברוסית Нау́ка), ומספר חלקים נוספים וביניהם "הזרוע הרובוטית האירופית" (European Robotic Arm - ERA) לתחזוק החלקים הרוסיים, שהיו אמורים להשלח ב־2014, מתוכננים כרגע להשלח בפברואר 2017. בניית התחנה צפויה אז להסתיים. מסת התחנה לאחר השלמתה תהיה 400 טון.

יחידות שאינן מדוחסות אוויר

חוץ מיחידות מדוחסות האוויר, תחנת החלל מורכבת ממספר רכיבים נוספים. הרכיב הגדול ביותר הוא מערך התומכות המהווה למעשה את שלד התחנה ועליו מותקנים כל המערכים של הלוחות הסולארים והרדיאטורים. מערך תומכות זה מורכב מ־10 חלקים נפרדים המקנים לו אורך כולל של 108.5 מטר.
ה־Alpha Magnetic Spectrometer, ניסוי בפיזיקת חלקיקים, שהגיע לתחנה במשימת STS-134 במאי 2011, הותקן על מערך התומכות ומודד קרניים קוסמיות במטרה למצוא ראיות לחומר האפל ולאנטי חומר.
בנוסף, על מערך התומכות מותקנת הזרוע הרובוטית הראשית של תחנה, היכולה להגיע לכל רכיב אמריקאי בה.

אספקת הכוח

מקור הכוח של התחנה הוא מאנרגיה סולרית, ואנרגיה זו מומרת לחשמל באמצעות הלוחות הסולריים.
לפני משימת הרכבה 4A (משימת STS-97 ב־30 בנובמבר 2000) הגיעה האנרגיה החשמלית בתחנה מלוחות סולאריים שעל היחידות זרייה וזבזדה. החלק הרוסי בתחנה משתמש ב־28 וולט של זרם ישר. המערך הסולרי מייצר בין 130 ל־180 וולט של זרם ישר. האסטרונאוטים משתמשים בו לאחר המרתו לזרם ישר יציב של 124 וולט.
הכוח יכול להתחלק בין חלקי התחנה, לאחר שהוא עובר המרה בדרך. המרה זו נחוצה לאחר ביטול פלטפורמת ייצור הכוח מתוצרת רוסיה, ולפיכך הרכיב הרוסי יהיה תלוי בלוחות הסולאריים האמריקניים לצורך אספקת החשמל. שימוש בקווי מתח גבוה בחלק האמריקני של התחנה הוביל להפחתה בשימוש בקווי מתח חשמלי ובכך גם לחסכון במשקל. חום עודף משוחרר עם לוחות קירור. מכיוון שלא ניתן להוליך את החום מעבר לצירים של הלוחות המסתובבים, ללוחות אלה יש מקרנים נפרדים. ההארקה של כל המתקנים מחוברת לשלדת התחנה, המוארקת לחלל בעזרת מתקן היורה אטומי קסנון מיוננים לחלל כדי להיפטר מעודפי מטען חשמלי. בנוסף, קיים מערך מצברים המשמש כאשר השמש מוסתרת על ידי כדור הארץ.

שמירה על מסלול התחנה

תחנת החלל הבינלאומית, חגה סביב כדור הארץ במסלול מעגלי בגובה שבין 278 ק"מ לבין 460 ק"מ. היא נעה במהירות ממוצעת של 27,743.8 קמ"ש ומשלימה 15.7 הקפות סביב כדור הארץ ביממה. התחנה מאבדת באופן תמידי מגובה מסלולה עקב כוח גרר המופעל עליה, דבר שמצריך להעלותה באופן תמידי למסלולה המקורי מספר פעמים בשנה. העלאה כזו דורשת אנרגיה שבאה משני מנועיה של יחידת השירות "זבזדה" הרוסית או ממעבורות החלל כשאלו עוגנות בה או על ידי חלליות פרוגרס שמגיעות באופן שוטף לתחנה כדי לחדש בה את המלאי. העלאה למסלול הרצוי אורכת בדרך כלל 2 הקפות שלמות (כ־3 שעות).
בדצמבר 2008, חתמה נאס"א על הסכם עם חברת "אד אסטרה" על אספקת מנוע מגנטו פלסמה בעל מתקף סגולי משתנה, שיותקן על התחנה כחלק מניסוי שאמור לשמור על גובה מסלולה של התחנה בצורה יעילה יותר מהשיטה הנוכחית.

מערכות תקשורת

בתחנת החלל הבינלאומית קיימות מערכות תקשורת פנימיות וחיצוניות שמעבירות מידע מדעי וטלמטריה למרכזי השליטה בכדור הארץ ומשמשות למספר מטרות, בהן העברת קובצי אודיו ווידאו, תקשורת בין צוותי התחנה לטייסי המעבורת ותקשורת בין צוותי התחנה לבני משפחותיהם.
בחלקים הרוסיים שבתחנה, מתבצעת התקשורת באמצעות אנטנת "לירה" שנמצאת בזבזדה. באנטנת "לירה" קיימת היכולת להשתמש במערכות התקשורת שנמצאות בלווין Luch. מערכות אלו שימשו לתקשורת עם תחנת החלל מיר והוזנחו במהלך שנות התשעים של המאה העשרים. בשנת 2011 מתכננת רוסיה להציב שני לוויינים כאלו, Luch-5A ו־Luch-5B במסלול, במטרה לחדש את היכולת שאינה מנוצלת כרגע באנטנת "לירה".
מערכת תקשורת רוסית נוספת היא ווסחוד־M המאפשרת תקשורת טלפונית בין זבזדה, זאריה, פירס ופויסק. המערכת מספקת גם יכולת לשידור רדיו בתדר גבוה למרכזי השליטה בכדור הארץ.

מערכת קיום החיים

מערכת השליטה בסביבה ומערכת קיום החיים דואגות לתנאים של לחץ אטמוספירי, רמות חמצן, מים וכיבוי אש יחד עם דברים נוספים.
העדיפות העליונה בתחנת החלל הבינלאומית שמורה למערכת התמיכה בחיים. המערכת גם אוספת, מחשבת ואוגרת מים ומחשבת את "בזבוז" האמצעים החיוניים על ידי הצוות. לדוגמה: המערכת ממחזרת נוזלים מכיורים, מקלחות, שתן ועיבוי.

מעברים

מכיוון שתחנת החלל סובבת את כדור הארץ בגובה רב מעל לפני השטח, היא נותרת באור השמש גם לאחר השקיעה בכדור הארץ. שטח הפנים הגדול שלה המורכב מלוחות סולריים ושמיכות בידוד טרמיות מחזירים את אור השמש בצורה יעילה, דבר הגורם לכך שבהירותה של תחנת החלל עולה על זו של כוכב הלכת נגה. לעין הבלתי מצוידת תחנת החלל נראית כנקודת אור הנעה בשמיים מעט לפני הזריחה או בערב מעט לאחר השקיעה שכן רק בזמנים אלו היא מוארת בעוד שפני הקרקע חשוכים.

לוחות זמנים

לוחות הזמנים בתחנת החלל הבינלאומית נמדדים ונקבעים לפי זמן אוניברסלי מתואם המוכר גם כשעון גריניץ'. במהלך ביקור של מעבורת חלל כלשהי עוברים אנשי הצוות בתחנה לעבוד לפי שעון המעבורת המכונה Mission Elapsed Time או בקיצור MET (שנספר מהרגע שבו המריאה המעבורת (לדוגמה: MET 2/03:45:18 מייצג יומיים, 3 שעות, 45 דקות ו־18 שניות) ולא לפי זמן אוניברסלי מתואם או כל שעון ארצי אחר). מאחר שזמני השינה נבדלים בדרך כלל בין MET לזמן אוניברסלי מתואם אנשי הצוות בתחנה מסתכרנים עם שעון המעבורת לפני שזו עגנה בה ואחרי שהמעבורת עוזבת עוברים חזרה לשעון גריניץ'. נוהל זה מוגדר ומוכר כהסטת זמני שינה.
יום טיפוסי בתחנת החלל הבינלאומית מתחיל בהשכמה ב־6:00 בבוקר וכולל ריטואל של "פעולות לאחר שינה" כמו צחצוח שיניים וממשיך בסריקה ובדיקת בוקר של התחנה. לאחר מכן יושב הצוות לאכול ולוקח חלק בתכנון היום יחד עם מרכזי השליטה שבכדור הארץ. יום העבודה לאחר סדר הפעולות הקבוע הנ"ל מתחיל בסביבות 8:10. היום נפתח באימון בוקר ועבודה שוטפת של ניסויים ותחזוקה. בשעה 13:05 מקבל הצוות הפסקה בת שעה הכוללת ארוחת הצהריים ואימון נוסף. לאחר מכן העבודה נמשכת עד 19:30, ואז נכנס נוהל "פעולות טרום שינה" הכולל: ארוחת ערב ואספה של הצוות. זמן השינה מוגדר באופן רשמי החל מ־21:30 (כאמור, התחנה מקיפה את כדור הארץ כ־16 פעמים ביממה ולכן מספר הזריחות והשקיעות שחווים אנשי הצוות בתחנה זהה, ולכן מכסים את חלונות התחנה כדי לתת תחושה של "לילה"). באופן כללי הצוות עובד כ־10 שעות ביום וכ־5 שעות בשבת. שאר הזמן מנוצל למנוחה או השלמת פערים בעבודה.

שינה

התחנה מספקת בית מגורים קבוע לכל איש צוות ששוהה בה. בתחנה קיימים שני תאי שינה בחלקים הרוסיים ועוד ארבעה בשאר התחנה. תאי השינה האמריקאיים הם אישיים ומותאמים בגודל לאדם אחד ובעלי אקוסטיקה טובה. האסטרונאוט יכול לישון בתא כשהוא במצב אנכי קשור למיטה, להאזין למוזיקה, להשתמש במחשב נייד, ולאחסן חפצים אישיים במגירה גדולה או לתלותם על רשת המוצמדת לקיר. בתא ישנה גם מנורת קריאה, מדף ושולחן עבודה. לצוותים המבקרים בתחנה אין מקומות מסודרים לשינה כמו אנשי הצוות הקבועים בה, ולכן הם נאלצים לישון גם כן במצב אנכי בצמוד לקירות פנויים בתחנה. באופן מעשי, ישנה אפשרות לישון בחלל באופן חופשי ללא קשירה אך נאסר על אנשי התחנה והמבקרים בה לעשות כן בשל הסכנה לפגיעה בציוד רגיש. בנוסף, ישנה חשיבות רבה לאיוורור תאי השינה בשל הסכנה הגלומה בהתעוררות אסטרונאוט המשתנק לחמצן לאחר שנוצרה סביב ראשו "בועה" של פחמן דו־חמצני.

עלויות

קטע זה אינו מעודכן, ומאז העריכה האחרונה של הערך אירעו מאורעות הדורשים את עדכונו. 
התחנה היא אחד המיזמים הבינלאומיים הגדולים והיקרים בהיסטוריה. עם תחילת בנייתה העריכו שעלות בנייתה תגיע לסכום של כ־40 מיליארד דולר. על פי ההשערות, עלות בנייתה תגיע ל־100 מיליארד דולר, מחציתם במימון אמריקאי. עלות תפעול התחנה לתקופה של 10 שנים מוערכת בסכום דומה.
ההערכה היא שידרשו לפחות 43 טיסות לחלל כדי להביא לתחנה כ־408 טונות של חומרי בניין ואספקה. בין השאר, כולל הציוד מווסתי לחץ אוויר, קורות מתכת, לוחות סולאריים, קילומטרים של כבלים חשמליים ועוד.
האסטרונאוטים האמריקנים והקוסמונאוטים הרוסים שירכיבו את הציוד מתוכננים לבצע כ־144 גיחות רגליות שיסתכמו ב־1,800 שעות "הליכת חלל" לפחות, כפול מהזמן הכולל שבילו אסטרונאוטים אמריקאים ב"הליכת חלל" מאז תחילת טיסות החלל המאוישות לפני למעלה מחמישה עשורים.

סוכנות החלל האירופאית

סוכנות החלל האירופאית מעריכה שעד היום השקיעה 8 מיליארד אירו בפרויקט, שמתוכם מיליארד אירו הופנו למימון יחידת המעבדה, קולומבוס.

סוכנות החלל היפנית

עד היום השקיעה סוכנות החלל היפנית כ־3 מיליארד דולר למעבדת קיבו שתהיה חלק מתחנת החלל הבינלאומית.

תאגיד החלל הרוסי

משנת 1998 שלחה רוסיה שני תריסרים של חלליות סויוז לתחנת החלל. בנוסף, תשגר על טיל "פרוטון" שתי יחידות שהרכיבה בעצמה, ובעבר שלחה עוד שני טילים כאלו שנשאו חלקים להרכבת התחנה.

סוכנות החלל הקנדית

סוכנות החלל הקנדית הרכיבה את הזרוע הרובוטית של התחנה (Canadarm2), והיא מעריכה שב־20 שנה האחרונות היא השקיעה 1.4 מיליארד דולר קנדי.

פסולת חלל

ב־26 בנובמבר 2003 פגע רסיס של פסולת חלל בחלק החיצוני של הרכיב הרוסי הכולל את חדרי המגורים, האוכל והשירותים, אך לא נגרם נזק.
החל מסוף דצמבר 2003 הורגשה בתחנה ירידת לחץ האוויר. לאחר בדיקות שנמשכו למעלה משבועיים נמצא שסתום דולף באגף האמריקני של התחנה.

פרויקט YouTube Space Lab

הפרויקט משותף לחברת גוגל העולמית ולאתר שיתוף הסרטונים YouTube שבבעלותה, לסוכנויות החלל של ארצות הברית, אירופה ויפן ולחברת המחשבים Lenovo. במסגרת התחרות הזמינה יוטיוב בני נוער מכל העולם, בגילאי 14–17, לתכנן במפורט ניסוי בעל רלוונטיות וחשיבות מדעית, אשר מותאם לביצוע בתנאי מיקרו־כבידה הדומים לאלו שבתחנת החלל הבינלאומית. התלמידים התבקשו ליצור סרטון Youtube באורך שתי דקות שיציג את הניסוי שלהם. בישראל התקיים שיתוף פעולה בין "מכון דוידסון לחינוך מדעי" שבמכון ויצמן למדע לבין "גוגל ישראל" ו"המרכז על־שם אילן רמון". הניסויים תוכננו והועלו על ידי תלמידים מכל הארץ, הלומדים במסגרת תוכניות לקידום מדעי של מכון דוידסון ובליווי מנחים, סטודנטים ומדענים במכון ויצמן למדע. לגמר העולמי של התחרות, שבו זכה תלמיד ממצרים ושתי תלמידות מארצות הברית, העפילו 60 צוותים מכל העולם, בהם צוות ישראלי אחד מקריית אתא.

רמון Space Lab של קרן רמון

קרן רמון מפעילה את תוכנית רמון Space Lab בה נוטלים חלק תלמידי חט"ב בכיתות ח' ו-ט'. במסגרת התוכנית התלמידים מתכננים ניסוי שיישלח לתחנת החלל.