Medzinárodná vesmírna stanica

Účel

Na základe pôvodného Memoranda medzi NASA a ruskou kozmickou agentúrou je účel stanice charakterizovaný ako laboratórium, observatórium a špecializovaná dielňa vo vesmíre. V roku 2010 bol tento základný koncept rozšírený o aktivity komerčného, diplomatického a náučného charakteru. Zvažuje sa aj (zatiaľ presne nešpecifikovaná) podpora pre budúce misie na Mesiac, Mars či asteroidy. ISS poskytuje možnosť testovania vesmírnych plavidiel pre dlhodobé lety na Mesiac alebo na Mars v relatívnom bezpečí nízkej obežnej dráhy. Takto získavame skúsenosti v obsluhe, opravách a výmenách na obežnej dráhe. Tieto aktivity budú kľúčové pri obsluhe kozmických lodí ďalej od Zeme a minimalizujú sa tak riziká takýchto operácií.
Malé nepilotované kozmické lode síce ponúkajú možnosť nulovej gravitácie a vystavenie sa vesmíru, ale stanica vytvára dlhodobé prostredie pre výskum. ISS je ľahko prístupná, čím zjednodušuje jednotlivé experimenty a odbúrava potrebu samostatných štartov pre vykonávanie experimentov. Široká paleta skúmaných oblastí zahŕňa astrobiológiu, astronómiu, výskum človeka vrátane vesmírnej medicíny a života, fyzikálne vedy, materiálové vedy, vesmírne počasie a meteorológiu. Vedci na Zemi majú prístup k dátam posádky a môžu upravovať a spúšťať experimenty. Posádky so 6 členmi sa menia v expedíciách po niekoľkých mesiacoch, čo poskytuje zhruba 160 pracovných hodín na člena posádky.
Posádka ISS umožňuje študentom na Zemi vykonávať vlastné experimenty, ktorých sa študenti osobne zúčastňujú a priamo komunikujú s posádkou ISS pomocou rádia, videa a e-mailov. ESA zdarma poskytuje na stiahnutie a použitie v triedach širokú paletu výučbových materiálov. Hlavným cieľom materiálového výskumu na ISS sú ekonomické benefity.

Výsledky

Inžinieri a vedci z celého sveta vytvorili Alfa magnetický spektrometer (AMS), ktorý NASA porovnáva s HST. AMS nemohol byť umiestnený na samostatný satelit kvôli energetickým a komunikačným nárokom, preto je súčasťou ISS. 3. apríla vedci NASA oznámili, že AMS možno zachytil prvé náznaky tmavej hmoty.
Vesmírne prostredie je nepriateľské pre život. Charakterizuje ho silná radiácia, extrémne vákuum, extrémne teploty a mikrogravitácia. Niektoré jednoduché formy života (napr. Hypsibius dujardini) tieto podmienky dokážu prežiť.
Medicínsky výskum skúma dlhodobé efekty na ľudský organizmus ako napr. svalovú atrofiu, stratu kostnej hmoty a presun tekutín. Tieto údaje budú smerodajné pri ďalších ľudských misiách a kolonizácii. Údaje z roku 2006 predpokladali signifikantné riziko fraktúr a pohybových problémov následkom straty kostnej hmoty a svalovej atrofie už aj pre krátkodobé misie, ako napr. misia na Mars.

História

História Medzinárodnej vesmírnej stanice sa začala písať už v roku 1984, keď americký prezident Ronald Reagan vyhlásil plán stavby vesmírnej stanice pomenovanej Freedom (sloboda). Nasledujúce roky boli v znamení odďaľovania začiatku výstavby a problémov s financovaním. V roku 1991 sa k plánu výstavby pripojili Kanada, Japonsko a Európska vesmírna agentúra (ESA). K nim sa v roku 1993 pripojilo Rusko a stanica sa začala nazývať Alpha. Rok 1995 možno považovať za začiatok prípravy na výstavbu. V rokoch 1995 – 98 sa uskutočnilo 9 skúšobných spojení s vesmírnou stanicou Mir, pri ktorých sa trénovalo pripájanie a výmeny posádok.
Plánovaný štart prvého modulu Funkcionalnyj Gruzovoj Blok s menom Zaria (úsvit) bol oneskorený opäť kvôli finančným problémom, a preto bol radšej celý zaplatený americkou stranou. Dňa 20. novembra 1998 odštartovala raketa Proton so zmieňovaným modulom Zaria. Zaria je valcovitého tvaru, 12,6 metra dlhý a má maximálny priemer 4,12 m. Patrí k nemu aj dvojica slnečných panelov a 4 spojovacie uzly. Jeho vypustením sa začala stavba ISS. Modul Zaria pôvodne slúžil pre zaisťovanie telekomunikačných služieb a riadenie letu. Neskôr slúžil najmä ako skladovací priestor a zásobník. 
O 16 dní neskôr sa so Zariou stretol raketoplán Endeavour a vo svojom nákladovom priestore k nej pripojil modul Unity. Tento modul obsahoval dva pretlakové spájacie adaptéry: jedným sa pripojil k Zarii a druhý umožňoval pripojenie raketoplánu. Unity slúži ako križovatka modulov. Môže byť k nemu pripojených až 6 ďalších modulov. Po vlastnom spojení za pomoci manipulačného ramena museli dvaja astronauti uskutočniť ešte 3 výstupy do otvoreného priestoru, počas ktorých prepájali kábeláž a inštalovali antény a držadlá pre ďalšie výstupy do otvoreného priestoru. 13. septembra sa Endeavour oddelil od stanice a o 3 dni úspešne pristál. Po jeho odpojení sa zmenila orientácia komplexu a stanica bola uvedená do pomalej rotácie. 
Ďalšie dva roky zostala ISS neobývaná.  Už vypustené moduly neboli schopné udržať potrebnú dráhu a boli nutné časté korekcie. Čakalo sa na ďalší plánovaný ruský modul – Zvezda. Finančné problémy opäť spôsobili meškanie jej vypustenia a tým aj pokračovanie vo výstavbe. Modul bol vypustený až 12. júla 2000. Naprogramované príkazy rozložili jeho solárne panely a komunikačnú anténu. Následne modul zostal ako pasívne teleso na obežnej dráhe stanice. O priblíženie a pripojenie k stanici sa postarali spojené moduly Zaria a Unity s pomocou pozemného strediska a automatického ruského spájacieho mechanizmu. Po pripojení Zvezdy k modulu Zaria vznikol základ ruskej časti stanice. Tento servisný modul slúži ako dočasný obytný priestor a zaisťuje dodávky elektrického prúdu, telekomunikáciu s pozemnými strediskami a korekcie dráhy. Počítač Zarie odovzdal kontrolu nad stanicou počítaču modulu Zvezda. Zvezda pridala ubytovacie priestory, toalety, kuchyňu, filtráciu CO₂, odvlhčovač, generátory kyslíka, zariadenie na cvičenie a dátovú, hlasovú a televíznu komunikáciu s riadiacim strediskom. Tým sa umožnilo trvalé osídlenie stanice.
Už 31. októbra 2000 mohla stanicu navštíviť prvá stála posádka. Jej hlavnou úlohou bolo zabývanie stanice. Kozmonauti ďalej vybaľovali uložené zásoby a zariadenia. Museli sa tiež pripraviť na prijatie raketoplánu Atlantis s novým modulom Destiny. Tento modul bol pripojený 10. februára 2001 k modulu Unity a po niekoľkých dňoch sa raketoplán vrátil na Zem.
Modul Destiny je hlavným centrom vedeckých experimentov na stanici. Kozmonauti oživili modul a ďalej čakali na raketoplán Discovery, ktorý 10. marca priviezol novú posádku a nákladný modul Leonardo. Raketoplán odviezol späť modul plný odpadu spolu s prvou posádkou.
Ďalšou dôležitou súčasťou je Canadarm2, ktorú priviezol raketoplán Endeavour 16. apríla 2001. Kanadská ruka je robotický manipulátor dlhý 17,6 m. Slúži na premiestňovanie ľudí aj nákladu pozdĺž priehradovej konštrukcie.
Ruské moduly okrem modulu Rassvet odštartovali a aj sa spojili automaticky . Všetky ostatné moduly vyniesli na obežnú dráhu raketoplány a všetky vyžadovali inštaláciu posádkou ISS a raketoplánu prostredníctvom výstupov do otvoreného vesmíru a mobilného servisného systému ISS. K 5. júnu 2011 bolo pridaných 159 komponentov počas viac ako 1 000 hodín EVA. 127 týchto výstupov bolo realizovaných zo stanice a ostatných 32 z raketoplánov. Počnúc júnom 2011 stanica pozostáva z pätnástich natlakovaných modulov a v podstate kompletnej priehradovej konštrukcie.

Nehody, poruchy a opravy

Množstvo, zložitosť a sofistikovanosť jednotlivých častí stanice spolu s lietajúcim smetím a extrémnymi podmienkami v otvorenom vesmíre si z času na čas vyberú svoju daň v podobe väčších či menších porúch alebo nehôd. Do dnešného dňa (17. máj 2015) našťastie ani jedna udalosť nebola natoľko závažná, aby spôsobila znefunkčnenie kľúčových častí stanice alebo stála život kozmonautov, aj keď rôzne udalosti nezriedka znamenali obmedzenie chodu stanice či jeho súčastí. Stanica má taktiež náhradné diely kľúčových a životne dôležitých častí umiestnené vo vnútri alebo na priehradovej konštrukcii stanice, podľa toho či je daný diel nutné meniť zvnútra alebo zvonka.
12. marca 2009 bola stanica prvýkrát preventívne evakuovaná, pretože sa ku stanici blížil úlomok s veľkosťou niekoľko centimetrov. Bol odhalený príliš neskoro na vykonanie úhybného manévru. Posádka prešla do pripojenej kozmickej lodi Sojuz TMA-13 a pripravila sa na opustenie stanice, no úlomok nakoniec minul stanicu v bezpečnej vzdialenosti.
Pomerne najvážnejším život ohrozujúcim incidentom bola porucha vo vnútri skafandra talianskeho astronauta Lucy Parmitana pri výstupe do otvoreného priestoru 16. júla 2013, keď mu zo zásobníka začala unikať voda do priestoru helmy. Voda sa v prostredí mikrogravitácie drží povrchov a pri incidente postupne vytvárala hrubšiu vrstvu okolo jeho hlavy. Kozmonaut nemá šancu ju odstrániť svojpomocne ani striasť, preto hrozilo, že ju vdýchne (utopí sa). Po krátkej konzultácii s riadením vesmírnych letov na Zemi, začal Luca s urýchleným návratom do stanice, čo mu s najväčšou pravdepodobnosťou zachránilo život. Presná príčina priesaku nie je dodnes známa, preto sú odvtedy výstupy do kozmu obmedzované len na najnutnejšiu nevyhnutnú mieru.
Poslednou vážnejšou poruchou systémov stanice bolo zlyhanie ventilu chladiaceho okruhu 'A' ku koncu roku 2013. Oprava si vyžiadala celkom dva výstupy do otvoreného priestoru, jeden z nich aj na Štedrý deň 24. decembra 2013.

Budúcnosť

V budúcnosti sa budú pridávať ešte ruský multifunkčný laboratórny modul Nauka a niekoľko externých komponentov vrátane európskej robotickej ruky. Po svojom dokončení bude mať ISS celkový vnútorný pretlakový objem takmer 1 000 m³ a hmotnosť presahujúcu 400 ton.
Doprava a montáž obytného modulu pre 6 kozmonautov bola zrušená, aj keď modul samotný bol kompletne dokončený. Mal fungovať ako hlavná obytná, stravovacia, hygienická a zdravotná sekcia s príslušným vybavením. Hlavným dôvodom boli finančné problémy, ktoré vyvrcholili haváriou Columbie. 
Rovnako z finančných dôvodov bol zrušený aj záchranný transportér, ktorý vyzeral ako zmenšená verzia raketoplánu. Jeho vývoj pokročil až do štádia existencie prototypu. Plánované aj núdzové návraty posádok zabezpečuje ruská kozmická loď Sojuz.
8. januára 2013 Obamov vládny kabinet odsúhlasil predĺženie životnosti stanice až do r. 2024 s možnosťou fungovania až do roku 2028.

Denný harmonogram

Bežný deň posádky začína budíčkom o 6:00 ráno, nasledujú bežné ranné (aj hygienické) aktivity a prvá kontrola stanice. Posádka sa naraňajkuje a začne naplánovanú dennú aktivitu okolo 8:10, pričom prvá zmena trvá do 13:05. Po hodinovej obedňajšej prestávke pokračuje posádka v plnení harmonogramu, o 19:30 nasleduje večera a záverečný denný brífing. Naplánovaný spánok začína o 21:30. Posádka sa pracovným a fyzickým aktivitám venuje približne 10 hodín denne, 5 hodín v sobotu a zvyšok má k dispozícii pre relax či vlastnú potrebu.

Systém kontroly atmosféry

Atmosféra na palube ISS je podobná tej na Zemi. Tlak je rovnaký ako na Zemi 101,3 kPa. Takáto atmosféra je vhodnejšia pre posádku a v porovnaní s čistou kyslíkovou atmosférou, aká bola používaná na prvých amerických kozmických lodiach, aj omnoho bezpečnejšia, pretože riziko požiaru je neporovnateľne menšie.
Kyslík pre stanicu generujú dva systémy: Elektron v module Zvezda a podobný systém v module Destiny. Posádka má dve záložné možnosti: kyslík vo fľašiach a SFOG kanistre (systém chemickej tvorby kyslíka). Oxid uhličitý sa odstraňuje systémom Vozdukh v module Zvezda. Ostatné produkty metabolizmu, ako metán z čriev a amoniak z potu sa odstraňujú pomocou filtrov.
Súčasťou ruskej časti systému sú aj zásoby kyslíka, čím je zabezpečená trojitá záloha tvorená jednotkou Elektron ako primárnym zdrojom kyslíka, SOFG generátormi a zásobami O₂. Sekundárny zdroj poskytujú Vika náplne. Vyhorením takejto náplne sa vyprodukuje 600 litrov kyslíka v priebehu 5-20 minút.

Elektrický systém a kontrola teploty

Elektrickú energiu dodávajú stanici obojstranné solárne fotovoltaické panely. Tieto panely sú efektívnejšie, pretože zachytávajú nielen priame slnečné svetlo, ale druhou stranou aj svetlo odrazené od Zeme. Navyše pracujú pri nižšej teplote ako jednostranné panely, ktoré sa bežne používajú na Zemi.
Ruský segment stanice používa 28 V striedavý prúd, rovnako ako raketoplány a väčšina vesmírnych lodí. Tento prúd generujú 4 solárne polia na moduloch Zaria a Zvezda. Americká časť získava striedavý prúd s napätím 130-180 V z vlastných solárnych panelov. Napätie je stabilizované na 160 V a následne distribuované. Až potom je transformované na potrebných 124 V. Väčšie distribučné napätie umožňuje využitie menších a ľahších vodičov na úkor bezpečnosti posádky. Transformátory umožňujú vzájomné zdieľanie elektriny medzi oboma segmentami stanice.

Komunikácia a počítače

Rádiová komunikácia zabezpečuje dátové spojenie pre telemetriu a vedecké dáta medzi stanicou a riadiacimi strediskami. Rádiové spojenie sa využíva aj pri približovaní vesmírnych lodí a pripájaní k stanici a na audio-video komunikáciu medzi členmi posádky, letovými dispečermi a členmi rodiny. Preto je ISS vybavená vnútornými a vonkajšími komunikačnými systémami používanými na rôzne účely.
Ruský segment komunikuje pomocou antény Lira priamo so Zemou. Ďalší ruský komunikačný systém je Voskhod-M, ktorý zabezpečuje vnútornú komunikáciu medzi modulmi Zvezda, Zaria, Pirs, Piosk a americkou časťou a tiež poskytuje VHF spojenie s riadiacimi strediskami pomocou antén na module Zvezda.
Americký segment využíva dva rôzne rádiové systémy pripevnené k modulu Z1 TRUSS: S pásmo pre audio a Ku pásmo pre audio, video a dáta.
UHF spojenie používajú astronauti a kozmonauti počas EVA. Toto spojenie využívajú na príjem príkazov z riadiaceho strediska a  posádky ISS počas pripájania a odpájania k stanici aj iné lode (Sojuz, Progress, HTV, ATV a čiastočne aj raketoplány).  Automatizované lode sú vybavené vlastnými komunikačnými systémami.
ISS je vybavená približne 100 notebookmi IBM a Lenovo ThinkPad model A31 a T61P. V rámci ISS sú pripojené do WiFi siete a tá je spojená zo Zemou cez pásmo Ku. Takéto pripojenie poskytuje rýchlosť 10 Mbit/s smerom na stanicu a 3Mbit/s zo stanice.
Na počítačoch pre kľúčové funkcie stanice sa od mája 2013, kedy prebehla migrácia z MS Windows, používa linuxová distribúcia Debian, hlavne kvôli spoľahlivosti, stabilite a flexibilite.

Spánok

Na stanici je nainštalovaných celkovo šesť spánkových buniek, pričom 2 bunky sú v module Zvezda a 4 v module Harmony. Americké bunky sú plne privátne, ventilované a zvukovo izolované. Ruské majú každá vlastné okienko, sú však ukrátené o rovnaký komfort zvukovej izolácie.
Kvalitná ventilácia je extrémne dôležitá najmä pri spánku, pretože vydychovaný oxid uhličitý má v mikrogravitácii tendenciu kumulácie okolo hlavy a organizmus kozmonauta by veľmi rýchlo mohol trpieť nedostatkom kyslíku až do stavu dusenia sa.
Spánkový režim je nezriedka narúšaný špeciálnymi úlohami alebo príletom kozmickej lode so zásobami alebo posádkou.

Strava

Potraviny sú na stanicu dopravované zväčša vo vákuovom balení a dehydrovanom stave. Stanica je vybavená mikrovlnnými ohrievačmi, studenou aj horúcou vodou. Váha je kritickým faktorom pri kozmických letoch, preto sa napr. konzervy či fľašky takmer nepoužívajú. Jedným z dôsledkov mikrogravitácie spolu s dehydratáciou jedla je aj podstatné zníženie chutnosti potravín, preto posádka musí používať podstatne väčšie množstvá korenia ako pri klasickom varení a venovať zvýšenú pozornosť príprave dávok. Je preto pochopiteľné, že sa teší na každú novú dodávku potravín, ktorá obsahuje aj čerstvé ovocie či zeleninu. Pre každého člena posádky sa pripravuje samostatné menu podľa jeho osobných chuťových preferencií a nutričných potrieb. Potraviny všeobecne sú volené a balené tak, aby neprodukovali omrvinky, kvapky či iné častice, ktoré by mohli znečistiť alebo ohroziť stanicu. Vrecká s tekutinami majú slamky, pevnejšie jedlo sa konzumuje klasickým príborom vybaveným magnetmi.

Hygiena

Hygiena sa prispôsobuje najmä obmedzeniam spôsobeným mikrogravitáciou, ale aj priestorovými či zásobovacími obmedzeniami stanice. Práve tu sa naplno zúročili dlhoročné skúsenosti z vesmírnej stanice Mir. Pokusy so špeciálnou sprchou zlyhali, dnes používajú kozmonauti väčšinou len antibakteriálnym roztokom navlhčené papierové utierky, ktorými sa dôkladne omyjú. Šampón je nepenivý a po umytí hlavy sa odsaje. Zubná pasta je konzumovateľná, takže kozmonaut ju po vyčistení zubov jednoducho prehltne.
Stanica má dve podtlakové toalety, umiestnené v moduloch Zvezda a Tranquility. Kozmonaut sa najprv popruhmi pripevní na toaletu a zabezpečí dobrý kontakt s tesnením odsávacieho zariadenia. Ventilačný mechanizmus odsaje telesný odpad, ktorý sa skladuje v špeciálnom kontajneri. Po jeho naplnení aj ďalším odpadom zo stanice nakoniec zhorí v atmosfére Zeme. Tekutý odpad sa recykluje do zásobníkov s pitnou vodou.

Zdravie

Psychické aj fyzické zdravie posádky sa veľmi starostlivo sleduje. Faktory, ktoré na neho vplývajú, sú najmä mikrogravitácia, stres, radiácia a dôsledky vyplývajúce z obmedzenosti priestoru, súkromia a náročného harmonogramu.
Mikrogravitácia spôsobuje najmä atrofiu svalov a rednutie kostí, preto každý člen posádky musí denne venovať približne 2 hodiny cvičeniu na špeciálnych zariadeniach. Taktiež sa výrazne znižuje tvorba červených krviniek či odolnosť imunitného systému.
Jedným z nepríjemných faktorov neustále fungujúcej ventilácie je trvalá a pomerne vysoká hladina hluku. V prípade ISS je to ale stále nepomerne lepšie, ako to bolo na stanici Mir.

Cena

Medzinárodná vesmírna stanica je bezpochyby najdrahším samostatným projektom v ľudskej histórii. Náklady na stavbu a prevádzku dosahujú astronomických 150 miliárd dolárov (odhad pri kurze doláru v r. 2010). Najväčší diel znáša NASA (72.4 miliárd), potom nasledujú Ruská kozmická agentúra (12 miliárd), Japonská kozmická agentúra a Európska kozmická agentúra (ESA) (zhodne po 5 miliardách) a Kanadská kozmická agentúra (približne 2 miliardy). Je nutné prirátať aj cenu všetkých letov raketoplánov, pričom každý jednotlivý let stál 1,4 miliardy (spolu teda viac ako 50 miliárd dolárov).
Ak zrátame celkový počet strávených hodín všetkých posádok na stanici, dospejeme k číslu 20 tisíc. Po prepočte na celkové náklady teda vychádza každý deň pobytu kozmonauta na stanici približne 7,5 milióna dolárov.

Pozorovanie

Medzinárodná vesmírna stanica je dobre pozorovateľná z ktoréhokoľvek miesta Zeme, aj keď nie všade o rovnakom čase. Pri prelete nad daným územím vyzerá ako veľmi jasný, neblikajúci pohybujúci sa bod. S magnitúdou niekedy presahujúcou −3 je oveľa jasnejšia, než všetky hviezdy a jasnosťou sa približuje k planéte Venuši. Jej jasnosť je však premenlivá v závislosti od preletu. Je to najjasnejšia umelá družica na oblohe. Viditeľný prelet trvá do päť minút, ale zvyčajne je kratší kvôli západu stanice do zemského tieňa. Za skorého súmraku a neskorého úsvitu sú jej prelety dlhšie ako za neskorého súmraku a skorého úsvitu.