Starptautiskā kosmosa stacija

Uzbūve

Starptautiskās kosmosa stacijas "mugurkauls" ir Integrētā kopnes struktūra, pie kuras piemontētas saules baterijas, radiatori, stacijas moduļi un citas konstrukcijas. Kopnes vienā pusē atrodas ASV segments (tajā ietilpst arī Eiropas un Japānas moduļi), bet otrā pusē — Krievijas segments. ASV segmenta moduļi, kopnes konstrukcijas elementi un citas iekārtas uz SKS tika nogādātas ar Space Shuttle kosmoplāniem. Krievijas segmenta moduļus (izņemot Rassvet) orbītā nogādāja ar krievu raķetēm, tie bija apgādāti ar dzinējiem un vadības sistēmu, kas ļāva tiem stacijai tuvoties un pieslēgties automātiskā režīmā.
Pēc gandrīz katra elementa uzstādīšanas kosmonautiem bija nepieciešams veikt iziešanas kosmosā. Līdz 2009. gada 27. novembrim tika veiktas 136 iziešanas kosmosā ar kopējo ilgumu 849 stundas.

Montāžas gaita

Pirmais modulis Zarja tika palaists 1998. gada 20. novembrī ar nesējraķeti Proton-K. Pēc nedēļas startēja Space Shuttle misija STS-88, kuras laikā pie Zarja tika pievienots mezgla modulis Unity. Tā kā nākamais Krievijas modulis netika laikus sagatavots, stacija palika neapdzīvota pusotru gadu. 
2000. gada jūlijā tika palaists modulis Zvezda, kas ļāva stacijā nepārtraukti uzturēties trīs cilvēku apkalpei. 2000. gada decembrī ar kosmosa kuģi Sojuz TM-31 ar pirmo pastāvīgo ekspedīciju.
Nākamo divu gadu laikā Space Shuttle stacijā nogādāja Integrētās kopnes elementus, Destiny laboratoriju, Quest slūžu kameru, manipulatoru Canadarm2 un citus elementus. Ar Sojuz-U raķeti startēja Pirs slūžu kamera.
Stacijas montāža tika pārtraukta 2003. gadā, kad katastrofā gāja bojā kosmoplāns Columbia (STS-107) ar visu tā apkalpi. Tikai 2005. gadā ar Discovery (STS-114) startu atsākās lidojumi uz SKS. 2006. un 2007. gadā četros lidojumos tika samontēta liela daļa no Integrētās kopnes un saules baterijām. Rezultātā stacijas energoapgāde bija paplašināta, un bija iespējams pievienot jaunus hermētiskos moduļus. 2007. gadā SKS tika nogādāts otrais mezgla modulis Harmony. 2008. gadā startēja Eiropas laboratorija Columbus. 2008. un 2009. gadā trīs lidojumos tika nogādātas Japānas Kibo moduļa sastāvdaļas. 2009. gadā tika pabeigta Integrētās kopnes montāža; Krievija ar nesējraķeti Sojuz-U stacijā nogādāja moduli Poisk.
2010. gadā misijā STS-130 uz SKS tika nogādāts trešais mezgla modulis Tranquility, kā arī Cupola. Vienīgais Krievijas segmenta modulis, kuru uz staciju neveda ar Krievijas raķeti, bija Rassvet, kuru pacēla Space Shuttle misijā STS-132. Ar STS-133 stacijā tika nogādāts Permanent Multipurpose Module (Leonardo kravas modulis). 2011. gadā notika pēdējie trīs ASV kosmoplānu lidojumi, kuros uz staciju nogādāja zinātnisko instrumentu Alpha Magnetic Spectrometer, kā arī dažādas rezerves daļas un krājumus, un pēc tam Space Shuttle programma tika izbeigta.

Nehermētiskie elementi

Bez hermētiskajiem moduļiem SKS satur arī lielu daudzumu ārējo komponentu. Lielākais elements ir Integrētā kopnes struktūra (ITS) 108,5 m garumā, pie kura ir piemontētas saules baterijas un dzesēšanas sistēmas radiatori. ITS orbītā nogādāja pa atsevišķiem segmentiem.
Alpha Magnetic Spectrometer ("Alfa magnētiskais spektrometrs", AMS) ir daļiņu fizikas eksperimentu iekārta, kas tika uzstādīta pie ITS 2011. gadā misijas STS-134 laikā. AMS mēra kosmiskos starus, kā arī meklē pierādījumus tumšajai matērijai un antimatērijai.
ITS kalpo par bāzi stacijas attālinātajai manipulatora sistēmai Mobile Servicing System (MSS). Tā sastāv no mobilās platformas Mobile Base System (MBS), manipulatoriem Canadarm2 un Special Purpose Dexterous Manipulator. MBS var pārvietoties pa ITS sliedītēm, kas ļauj sasniegt jebkuru ASV segmenta daļu. Manipulatora sniegšanas attālumu var paplašināt ar Orbiter Boom Sensor System, kuru stacijā atstās pēc misijas STS-135.
Japānas Kibō moduļa manipulatoru nogādāja misijas STS-124 laikā. Tas ir pievienots pie hermētiskā moduļa JEM PM un izmanto, lai apkalpotu atklāto platformu JEM EF. Eiropas manipulatoru European Robotic Arm plāno palaist kopā ar Krievijas moduli Nauka. Stacijā ir arī divi Krievijas Strela celtņi, kurus var vadīt tikai no ārpuses, lai pārvietotu kosmonautus un kravas kosmisko iziešanu laikā.
Stacijas ārpusē ir izvietotas dažādas platformas rezerves daļu un citu kravu izvietošanai. Trīs External Stowage Platform (ESP) tika palaistas ar STS-102, STS-114 un STS-118 un uz tām atrodas rezerves daļas stacijas elementu nomaiņai sabojāšanās gadījumā. Četri ExPRESS Logistics Carrier (ELC) paredzēti eksperimentu iekārtu izvietošanai atklātā kosmosā. Divi no tiem tika nogādāti ar STS-129, un vēl divus palaida ar STS-133 un STS-134.

Elektroapgāde

Elektrību stacijai nodrošina saules baterijas. ASV segmentā ir četru pāru spārni, kuri atrodas uz Integrētās kopnes struktūras. Katrs spārns spēj ražot līdz 32,6 kW 160 V līdzstrāvas. Lietotāju tīklā spriegums tiek pārveidots uz 124 V.
Krievu segmentā tiek izmantots 28 V līdzstrāvas spriegums, tāpat kā vairumā lidmašīnu. Elektroenerģiju daļēji nodrošina četri saules bateriju paneļi, kas piemontēti pie Zarja un Zvezda moduļa. Sākotnēji krievu pusei bija paredzēts izgatavot Zinātniski enerģētisko platformu ar astoņiem saules bateriju paneļiem, bet tas tika atcelts. Tagad trūkstošo enerģiju piegādā no ASV segmenta caur sprieguma pārveidotāju.
SKS tiek izmantoti uzlādējami niķeļa-ūdeņraža akumulatori, lai nodrošinātu nepārtrauktu elektroenerģiju tajās 35 minūtēs, kad stacija atrodas Zemes ēnā. Baterijas uzlādējas no saules baterijām. Akumulatori paredzēti 6,5 gadu ekspluatācijai (37 000 uzlādes/izlādes cikliem) un tos nepieciešams regulāri nomainīt stacijas 20 gadu paredzētajā mūžā.

Orbītas kontrole

Stacija tiek uzturēta gandrīz apļveida orbītā ar minimālo vidējo augstumu aptuveni 278 km un maksimālo 460 km. Tā pārvietojas ar vidējo ātrumu 27 724 km/h un veic 15,7 apriņķojumus dienā. Tā kā SKS pastāvīgi zaudē augstumu nelielas berzes dēļ pret atmosfēras augšējo slāņu daļiņām, tad to vairākas reizes gadā nepiecieņāms pacelt augstākā orbītā. Šīs operācijas veic vai nu ar stacijas Zvezda moduļa diviem galvenajiem dzinējiem vai ar pievienotiem Space Shuttle, Progress vai ATV transportkuģiem.
2008. gada decembrī NASA vienojās ar Ad Astra Rocket Company par VASIMR plazmas dzinēja izstrādi, kuru varētu izmēģināt SKS. Šī tehnoloģija ļautu stacijas orbītu uzturēt daudz ekonomiskāk nekā pašreiz.
Stacijas stāvokli (orientāciju) nosaka neatkarīgi ar Saules, zvaigžņu un horizonta sensoriem uz Zvezda moduļa un ar GPS, kura antenas izvietotas uz S0 sekcijas un uztvērēja procesors ir ASV laboratorijas modulī. Kompleksa stāvokļa kontroli veic ar diviem mehānismiem. Pamatrežīmā stacijas orientāciju uztur četru žiroskopu sistēma Control moment gyroscope (CMG), kas atrodas Z1 segmentā. Šādā stāvoklī Destiny ir Unity priekšā, P ferma ir kreisajā pusē un Rassvet ir uz Zemi vērstajā pusē. Kad žiroskopi kļūst piesātināti — CMG sasniedz to darbības robežu vai nespēj reaģēt uz strauju kustību sēriju — tie zaudē spēju kontrolēt stacijas stāvokli. Šajos gadījumos paredzēta Krievijas stāvokļa kontroles sistēma, kas automātiski ar raķešdzinēju iedarbināšanu nodrošina žiroskopu pārstartēšanu. Šāds gadījums ir noticis vienreiz, 10. ekspedīcijas laikā. Kad Space Shuttle bija pievienoti stacijai, tos arī izmantoja stacijas stāvokļa uzturēšanai.

Sakari

Radio sakari nodrošina telemetrijas un zinātnisko datu pārsūtīšanu starp staciju un lidojuma vadības centriem. Radio kanāli tiek izmantoti arī tuvošanās un saslēgšanās procedūrās. Tāpat radio sakarus apkalpes locekļi lieto, lai audio vai video režīmā sazinātos ar lidojuma vadītājiem un ģimenēm. Tādējādi SKS ir apgādāta ar iekšējām un ārējām sakaru sistēmām.
Krievijas segments sakarus nodrošina tieši ar zemi, lietojot Lira antenu, kas atrodas Zvezda moduļa ārpusē. Lira spēj izmantot arī Luč translācijas pavadoņu sistēmu. Šī sistēma, kura jau tikusi izmantota sakariem ar Mir staciju, izjuka 1990. gadu vidū, jo netika papildināta ar jauniem pavadoņiem, tādēļ pašreiz to nevar izmantot, lai gan 2011. gadā paredzēts palaist divus jaunus Luč pavadoņus. Vēl Krievijas segmentā tiek izmantota sistēma Voshod-M, kas nodrošina iekšējos telefona sakarus starp moduļiem un ASV segmentu, kā arī UĪV radio kanālu ar zemes sakaru centriem caur antenām Zvezda ārpusē.
ASV segmentā tiek izmantoti divi atsevišķi radio kanāli, kas atrodas Z1 struktūrā: S joslas (audio sakariem) un Kᵤ joslas (audio, video un datu pārraidīšanai) sistēmas. Abas sistēmas izmanto NASA TDRSS retranslācijas pavadoņu sistēmu, kas nodrošina gandrīz nepārtrauktus reāllaika sakarus ar NASA Misiju kontroles centru Hjūstonā. Datu kanāli Kanādas Canadarm2, Eiropas Columbus laboratorijai un Japānas Kibō moduļiem tiek maršrutēti caur S un Kᵤ joslas sistēmām, lai gan, kad tiks izvērstas Eiropas un Japānas datu translācijas pavadoņu sistēmas, tās varēs izmantot šīm vajadzībām kopā ar TDRSS. Sakari starp moduļiem tiek nodrošināti ar iekšēju ciparu bezvadu tīklu.
Kosmonautiem veicot iziešanu kosmosā, sakariem tiek izmantoti decimetru viļņi. Tāpat decimetru viļņus izmanto kosmosa kuģi, saslēdzoties ar staciju: Sojuz, Progress, HTV-II, ATV un Space Shuttle (kosmoplāni izmanto arī S un Kᵤ joslas sistēmas caur TDRSS), lai saņemtu komandas no Lidojuma vadības un SKS apkalpes. ATV izmanto arī lāzeru un optiskas iekārtas Zvezda ārpusē, lai precīzi saslēgtos ar staciju.

Dzīvības nodrošināšana

SKS Vides kontroles un dzīvības nodrošināšanas sistēma (VKDzNS) nodrošina vai kontrolē atmosfēras spiedienu, uguns atklāšanu un apslāpēšanu, skābekļa līmeni, atkritumu apstrādi un ūdens apgādi. Galvenā VKDzNS prioritāte ir stacijas telpu atmosfēra, bet sistēma arī savāc, apstrādā un uzglabā atkritumus un ūdeni, kuru rada un izmanto apkalpe: process, kurā atkārtoti tiek izmantots šķidrums no izlietnes, tualetes un gaisa kondensācijas.
Krievijas segmenta Zvezda modulī esošā Elektron un līdzīga sistēma ASV segmenta Destiny modulī ražo skābekli. 
Apkalpei ir rezerves iespēja skābekli iegūt no ķīmiskiem skābekļa ģeneratoriem, tā saucamajām skābekļa svecēm. Oglekļa dioksīds no gaisa tiek izņemts ar Vozduh sistēmu Zvezda modulī. Citus cilvēka vielmaiņas blakusproduktus, tādus kā metānu no gremošanas sistēmas vai amonjaku no sviedriem, neitralizē aktīvās ogles filtri.
Atmosfēra SKS telpās tiek uzturēta līdzīga gaisam uz Zemes virsmas. Normāls gaisa spiediens stacijā ir 101,3 kPa, tāds pats kā jūras līmenī uz Zemes. Zemei līdzīga atmosfēra tika izvēlēta, jo tā ir daudz drošāka par tīra skābekļa atmosfēru ugunsgrēka riska dēļ.

Kosmiskie lūžņi un meteoroīdi

Zemā Zemes orbītā, kurā riņķo Starptautiskā kosmosa stacija, atrodas daudz dažādi kosmiskie atkritumi: izlietotas raķešpakāpes, darbību beiguši pavadoņi, kā arī eksplozijas fragmenti, degviela, dzesēšanas šķidrums un citi objekti. Šie objekti kopā ar mikrometeoroīdiem rada nopietnus draudus. Lieli objekti var iznīcināt staciju, bet to drauds nav tik liels, jo to orbītas var paredzēt. Objektus, mazākus par 1 cm, nevar novērot ar optiskiem vai radara instrumentiem. Lai gan tie ir mazi, daži no tiem var būt bīstami sakarā ar to kinētisko enerģiju un virzienu attiecībā pret staciju.
Laika posmā starp 2006. un 2008. gadu SKS apdraudošo orbitālo objektu daudzums ir trīskāršojies. Kopš 2007. gada aptuveni 48 procenti no visiem stacijai pietuvojušamies kosmiskajiem atkritumiem bija Ķīnas 2007. gada janvārī veiktā pavadoņa iznīcināšanas izmēģinājumā radušās atlūzas, 2008. gadā izjukušā Krievijas pavadoņa Kosmos-2421 fragmenti un Iridium 33 un Kosmos-2251 sadursmē radušās atlūzas.
Aizsardzība pret mikrometeoroīdiem Krievijas un ASV segmentos ir izveidota atšķirīgi. ASV segmenta moduļos alumīnija vairogs izvietots atstatus no korpusa. Objekts vispirms ietriecas ārējā vairogā un tiek sasists mākonī, tāpēc korpusu sasniegušo objektu enerģija ir izkliedēta. Krievijas segmenta moduļu ārpusē ir izvietoti vairogi, kas sastāv no oglekļa plastmasas, alumīnija, siltumizolācijas un stikla pārklājuma slāņiem.
Kosmisko atkritumu orbītas pastāvīgi novēroto zemes dienesti un nepieciešamības gadījumā tiek brīdināta stacijas apkalpe. Lai izvairītos no objektiem, kuru orbīta šķērso SKS trajektoriju, tiek veikts izvairīšanās manevrs. To realizē ar Krievijas segmenta dzinēju iedarbināšanu, mainot stacijas orbītu. Parasti šajos manevros stacijas orbīta tiek paaugstināta par vienu līdz diviem kilometriem, bet dažreiz nepieciešams orbītu pazemināt, piemēram, 2008. gada 27. augustā. No 1998. gada, kad tika sākta SKS montāža, līdz 2012. gadam izvairīšanās manevri ir veikti 14 reizes, turklāt puse no tiem veikti kopš 2008. gada augusta. Gadījumā, ja draudi no orbitāla objekta ir noteikti par vēlu un nevar paspēt veikt manevru, apkalpe aizver visas lūkas un patveras drošības kapsulās — kosmosa kuģos Sojuz, lai nepieciešamības gadījumā varētu ātri atgriezties uz Zemes. Šāda daļēja stacijas evakuācija ir notikusi 2009. gada 13. martā, 2011. gada 28. jūnijā un 2012. gada 24. martā.