国際宇宙ステーション
大型のスペースデブリは、常に地上から監視されており、衝突の可能性がある場合は、前述の高度制御により回避することができる。しかしながら監視されていない小規模なデブリと衝突する可能性はあるので、対策としてモジュールには装甲が施されている。装甲はアルミニウムによる空間装甲と、衝突により発生した破片を受け止めるためのケブラー繊維製内張りで構成される。
放射線に対しても多少考慮はされている。新しい居住区画はヒトの被曝量が少なくなるように、それまでよりも緩衝材が厚くなっている。太陽フレアで放射線量が増すと判っている場合には、ロシア側のドッキングポートが最も壁が厚いため、滞在者はここに避難することになっている。
軌道高度は、地上との輸送機往復を考慮して、低軌道で運用されている。そのため地球を約90分で1周、24時間で約16周する。
軌道傾斜角は、地球の赤道に対して51.6度傾いている。そのため、一般的なメルカトル図法の世界地図上に軌道を描画すると、北緯・南緯51.6度を上下の端とする波線になるが、地球が自転しているために、90分かけて「地球1周」した際には前の周回した地点よりも、地上の経度で22.5度ずれることになる。
24時間飛行し、地球がちょうど1回自転した場合に同じ地点の上空に戻ることになるが、地球がやや楕円球体であること、重力の偏りなどの外乱によって、わずかに異なる。
地球に対する向きは、地球の中心に向かって常に変化しないように制御されている。これは通信設備の指向性、補給機の経路のためであり、ほかは人工衛星と同様である。つまりISSから地球を眺めると、ある1点で回転し続けているように見える。
当初のNASAの宇宙ステーション建設構想は、スペースシャトルの全面的な利用を想定していた。このため、モジュールや機材の多くはスペースシャトルでの輸送を前提として設計されている。しかし予算上の理由からロシアが参加することになり、人員輸送には緊急脱出用を兼ねてソユーズ宇宙船を、貨物輸送にはプログレス補給船を合わせて利用することになった。ロシアの建設資材は、大半がロシア独自で打ち上げられる。ロシアは与圧モジュールを独立の宇宙船として設計しており、プロトンロケットで打ち上げられるとモジュール自体の機能でISSに自動ドッキングする。一部の小型モジュール(ピアースなど)は、プログレス補給船のペイロードとして輸送される。
2003年2月1日に別ミッションで飛行中のスペースシャトル「コロンビア」が大気圏再突入後に空中分解で失われる事故が発生し、運行の安全が確認されるまでスペースシャトルの打ち上げが無期限停止となったため、ISSの組み立て作業は、2002年11月に行われた「STS-113/ISS組立ミッション11A」を最後に一時停止した。これによりISSへの輸送力が大幅に低下したため、ISSにおける宇宙飛行士の3人の常駐体制が一時的に2人に減らされた。2005年7月26日午後11時39分(日本時間)に、事故後初となるディスカバリー (STS-114) の打ち上げが行われ、ISS組立再開ミッションとなる「ミッション/LF-1」が行われた。このミッションには日本から野口聡一飛行士が参加した。
2008年には欧州のESAが欧州補給機 (ATV) の運用を開始し、2009年には日本のJAXAが宇宙ステーション補給機 (HTV) の運用を開始した。スペースシャトルによる宇宙飛行士の交代は2009年11月で終了し、以後の宇宙飛行士の交代にはもっぱらソユーズ宇宙船が使われるようになった。
2010年にはNASAがスペースシャトルを退役させることを決定した。ISSのロシア以外の建設資材は、大半がスペースシャトルでの打ち上げを前提に設計されており代替輸送は困難であるため、仮にスペースシャトルの運航が遅れれば全ての資材を打ち上げることなくISSの建設を打ち切る可能性もあると懸念された。また、スペースシャトル退役以後はコンステレーション計画の一環として、スペースシャトルの後継となるアレスロケットとオリオン宇宙船によってISSに人員や貨物を輸送する計画があったが、2010年にバラク・オバマ政権によりコンステレーション計画の中止が決定された。アメリカはスペースシャトルの退役によりドラゴン宇宙船の運用開始までの間、ISSへの独自の輸送手段を一時的に失うことになった。
2011年7月にスペースシャトルが退役した後しばらくは、ISSへの人員輸送にはソユーズ宇宙船、貨物輸送にはプログレス補給船、欧州補給機 (ATV)、宇宙ステーション補給機 (HTV) のみが使用されていたが、プログレス補給船、ATV、HTVには貨物回収能力はなく、ソユーズはわずか60kgの手荷物しか回収できないため、ISSから地球へ貨物を持ち帰る能力が最小となった。
スペースシャトル退役後のアメリカのISSへの人員・貨物輸送手段としては、商業軌道輸送サービス (COTS) により開発された、民間企業スペースX社のファルコン9とドラゴン補給機、オービタル・サイエンシズ社のアンタレスとシグナス補給機を使用した商業補給サービス (CRS) を活用する。ドラゴン宇宙船は2012年5月26日に民間宇宙船として初めてISSにドッキングして補給に成功し、5月31日 (UTC) に太平洋に着水し帰還した。これによりISSからの貨物の回収が再び可能となった。10月10日には初の商業補給サービス (CRS) ミッションに成功した。
NASAは2011年5月に、コンステレーション計画で使用される予定だったオリオン宇宙船の設計を流用した新たなオリオン宇宙船 (Orion Multi-Purpose Crew Vehicle, MPCV) の開発を発表した。新たなオリオン宇宙船の無人テスト機EFT-1は2014年12月にデルタIV Heavyロケットで打ち上げられた。また2011年9月に、スペースシャトルの後継としてオリオン宇宙船も打ち上げることになるNASA独自の打ち上げロケットとして、サターンVロケットを超える規模のスペース・ローンチ・システムの開発が発表された。しかし、オリオン宇宙船によるISSへの宇宙飛行士の輸送任務はその後キャンセルされ、商業クルー輸送機(スペースX社のドラゴン2とボーイング社のCST-100)に任せることになり、オリオン宇宙船は有人での深宇宙探査と商業クルー輸送計画が上手くいかなかった時のバックアップの位置づけとなっている。
2015年2月、欧州補給機 (ATV) の5号機が大気圏に再突入し、欧州補給機全機の運用を終了した。2020年には宇宙ステーション補給機 (HTV) とドラゴンの初期型が相次いで運用を終了し、一方でそれぞれ新型に置き換わるなど、再度の世代交代を迎えている。
ロシアが運用中の3人乗り有人宇宙船である。ISSに非常事態が起きた際の脱出用救命ボートの役割を果たしている。この用途に対しては、アメリカが乗員帰還機 (X-38 CRV) を開発して置き換える計画だったが、こちらは中止された。2009年5月までは、ISS長期滞在クルーは3名体制だったので、ソユーズが常時1機備え付けられていたが、2009年5月からは6名体制に拡張されたため、ソユーズも2機常備されることになった。緊急時に利用しやすいよう、ISSの中央に近いザーリャ前方の地球側にドッキングするが、2機に増えた場合はさらにズヴェズダ前方(に結合しているピアース)も利用する。ズヴェズダの後方はISSの末端にあたるので、プログレス、ATVの結合を優先するため出来るだけ避けてはいるが、ズヴェズダ後方も必要に応じて使用することもある。なお、2010年1月からは、MRM-2のドッキングポートも利用できるようになる。
ソユーズの軌道上での寿命は6ヵ月なので、6ヵ月ごとに新しいソユーズを打ち上げて交換する。この際、滞在3名中2名から3名がソユーズとともに交代するが、ソユーズは3人乗りなので、ロシア人用の1人分の空席が空く場合もある、その場合はISSへの短期訪問(新しいソユーズでISSへ向かい、古いソユーズで帰還する)に利用される。このような便乗者をタクシークルーと呼び、ロシアが利用権を販売している。私的宇宙旅行でのISS訪問や、マレーシアや韓国によるISS訪問はこの枠を利用したものである。ただし、シャトルでのクルーの交代2009年11月のSTS-129を最後になくなり、滞在人数も6名に増加したため、タクシークルーの搭乗機会はなくなった。
ロシアが運用中の無人貨物船。与圧貨物として食料、衣類、実験機材、補修用部品などを輸送するほか、酸素や水、液体推進剤をISSに補給するタンクとパイプも装備している。プログレスはズヴェズダの後方にドッキングすることが多い(その他、ザーリャとピアースにもドッキングする)。ここはISSの後方端にあたるので、プログレスは自身のエンジンを使用してISSを推進(リブースト)し、高度を上げることができる。スペースシャトルが事故の影響で運用不能に陥っていた際には、強力なピンチヒッター役を務め、ISSを維持した。スペースシャトル復帰後も物資輸送に活躍しているが、後述のATVとHTVの運用が開始されてからは役割を分担することになった。
シグナスはドラゴンと同じくNASAのCOTS計画で開発された民間無人宇宙補給機。シグナスはアンタレスにより打ち上げられ、2013年9月に初めてISSとのドッキングに成功して補給を成功させた。
NASAの商業乗員輸送開発 (CCDev) に基づきスペースX社が開発する有人宇宙船。ドラゴン2も初期型のドラゴン同様にファルコン9により打ち上げられ、2019年3月に無人でのISSドッキングを、次いで翌2020年5月に有人でのドッキングを成功させた。
2011年7月に退役するまでNASAがISSへの人員と建設資材と補給物資の輸送のために運用していた輸送機。ISS建設資材の大半を輸送したほか、7名の人員とロボットアームを搭載でき、特に建設初期段階では作業基地の役割も果たした。人員交代にも使われるが、ソユーズ宇宙船を6箇月ごとに交換する際に人員交代も行えるため、補助的な役割にとどまった。
日米欧の実験モジュールなど、ロシア以外の与圧モジュールはスペースシャトルで輸送された。このため、これらのモジュールは全てスペースシャトルのペイロードベイに合わせた寸法、形状、重量になっている。ただし、スペースシャトルの度重なる改良(主に安全性向上)により搭載可能な重量は計画当初より減少しているため、一部の大型モジュール(デスティニー、きぼう船内実験室)は船内機器の一部を別便で輸送せざるを得なくなった。
補給には、大きく分けて4つの方法を用いた。ひとつは、スペースシャトルの船内に補給品を搭載し、ドッキング装置を通して運搬する方法である。ドッキング装置の通路は直径60センチメートル程度と狭く、船内スペースを使用するため輸送力は小さいが、補助的に毎回使われていた方法である。
2つめは、ペイロードベイにスペースハブ輸送モジュールを搭載する方法である。船内より多くの補給品を搭載できるが、やはり大きな物資は輸送できない。次のMPLMが導入されると使われなくなった。
3つめは、ペイロードベイに多目的補給モジュール (MPLM) を搭載する方法である。MPLMはペイロードベイから取り出され、ユニティまたはハーモニーに直接結合される。サイズが大きい共通結合機構 (CBM) を使うため、ISPRなど大型の機材を輸送できるほか、小型物資も広い通路を利用して効率よく搬入できた。作業終了後のMPLMはペイロードベイに戻されて持ち帰られた(詳しくはMPLMを参照)。
4つめは、ペイロードベイ内に露出した形で輸送する方法である。ISSの外部に設置するバッテリーやタンクなどの部品を交換する際には、アダプターを使用して搭載した。
欧州補給機 (ATV) はESAが2008年から2015年まで運用した無人貨物船。機能や利用方法はプログレスとほぼ同じで、ロシア側のドッキング装置を使用し、補給用のタンクやパイプも装備している。大型のアリアンVロケットで打ち上げられるためプログレスよりもかなり大型で、リブースト用推進剤を含む輸送力はプログレスの約3倍である。ただし、ドッキング装置もプログレスと同じなので大型物資の輸送はできない。
NASAの商業軌道輸送サービス (COTS) 計画で開発された初の民間無人宇宙補給機。ドラゴンはファルコン9により打ち上げられ、2010年12月に初めて地球低軌道を周回し大気圏に再突入して太平洋に着水し、2012年5月に初めてISSのドッキングに成功して補給を成功させた。2020年4月の20回目の補給ミッションを最後に運用を終了し、後継機となるドラゴン2に移行した。
宇宙ステーション補給機 (HTV)、愛称「こうのとり」は、日本のJAXAが2009年から2020年まで運用した無人貨物船。プログレスやATVと異なり、ISSの先頭にあたるハーモニーに結合するため、リブーストに用いることはできない。しかし、MPLMと同様にサイズが大きい共通結合機構 (CBM) で結合するため、ISPRを丸ごと搭載するなど、大型の貨物を輸送することができる。また非与圧部があり、ISSの船外に装着されるバッテリーなども輸送することができる。スペースシャトル退役後、後述の民間機の運用が開始されるまでは、これらの物資を輸送可能な輸送機はHTVのみだった。2021年度以降にコストを半減したHTV-Xの運用に移行する予定であったが、2022年2月現在は未定である。
NASAは2011年5月にオリオン宇宙船 (Orion Multi-Purpose Crew Vehicle, MPCV) の開発を発表した。オリオン宇宙船の無人テスト機は2013年7月にデルタIV Heavyロケットで打ち上げられる予定である。また2011年9月に、スペースシャトル後継機のSLSの開発とオリオン宇宙船を搭載した初号機を2017年に打ち上げることが発表された。
当初のオリオン宇宙船は、NASAがコンステレーション計画に使用するために2014年運用開始を目標に開発していたが、2010年にコンステレーション計画が中止されると計画が現在のものに変更された。コンステレーション計画においては、6名が搭乗可能で、ソユーズを置き換えて緊急帰還船としても使われる模様であった。また、詳細は発表されていないが無人貨物船型の開発も予定されており、有人型と同様の物資回収カプセルを備えた型と、HTVのような非回収カプセル(大気圏再突入廃棄物処理など)を備えた型のイラストが公表されていた。まずISSに対応した型(ブロック1)が開発され、続いて月飛行に使用可能なブロック2、火星や小惑星への飛行に使用可能なブロック3を開発する予定であった。
ロシアが2018年の有人飛行を目標に開発中のソユーズ代替有人宇宙船。ISSへ6人輸送することが可能である他、無人輸送機としての運用も考慮されており、2tの貨物をISSへ輸送し500kgの貨物を地上に持ち帰ることが可能となる予定である。RKKエネルギアが開発を担当する。
JAXAが開発中の宇宙船で、2021年度以降にH3ロケットで打ち上げ予定であるが、2022年2月現在はHTV-Xを運搬するH3ロケットのメインエンジンLE-9完成の目処が立たず未定である。現行のHTVと比べて太陽電池のパドル化が図られるとともに、これまで分割されていた推進系と電気系モジュールがサービスモジュールに集約されるなど、構造設計が大幅に見直されている。こうしたシステムの効率化や軽量化により、輸送能力を保ったまま製造費用を半減する。
NASAの商業乗員輸送開発 (CCDev) に基づきボーイング社が開発する有人宇宙船。
NASAの商業補給サービス (CRS-2) に基づきシエラ・ネヴァダ・コーポレーション社が開発する無人補給機。
乗員帰還機 (CRV) としてNASAが開発を進めていた宇宙船である。X-24実験機に似たリフティングボディ形状の機体であり、6名が搭乗することができる予定だった。大気圏内での滑空実験などが行われたが、コロンビア号事故後の計画見直しで2002年に開発がキャンセルされた。
ロシアが開発を検討していた有人宇宙船でソユーズを代替する予定だった。釣り鐘型のカプセルだが小さな翼を取り付けた案もあった。エンジン部分は宇宙にとどまって繰り返し使われ、打ち上げにはソユーズ3ロケットを使用する予定だった。ESAやJAXAに共同開発を打診したが、2007年末にESAとの間でCSTS計画を立ち上げ、これに伴い計画は中止された。
ESAとロシアが開発を検討していた有人宇宙船でソユーズを代替する予定だった。有人カプセルと脱出装置、打ち上げロケットはロシアが、推進部はESAが開発し、2014年実用化を目標としていた。ESAでは、次のATV発展型とどちらが採用されるかは最終決定されず、JAXAにも共同開発を打診したが、共同開発には至らなかった。この計画は中止され、2009年初めにロシアは独自の有人宇宙船PPTSを開発することを決定した。
月探査計画(コンステレーション計画)用の大型貨物ロケットであるアレスロケットシリーズを、ISSに利用する案もあった。アレスVは地球低軌道に130tもの貨物を輸送可能であり、過去にサターンVでスカイラブを打ち上げたように、アルタイル着陸船を改造した軌道変更ユニットを取り付けることで大型のモジュールをISSに届けることが可能な計画だった。しかし開発は大幅に遅れ、2010年にコンステレーション計画自体の中止が決定された。
ESAが開発を検討していた宇宙船で、まず貨物回収カプセルを搭載した無人型を、続いて有人カプセルと脱出装置を備えた有人型を開発する計画だった。打ち上げにはアリアン5を使用。ACTS/PPTSとは異なりヨーロッパ独自の計画だが、ESAはACTS/PPTSと比較検討していた。ATVは2015年のATV-5ミッションの終了をもって退役し、ESAはオリオン宇宙船にATVのサービスモジュールの技術を派生させたESM (European Service Module) を提供する計画に変更した。
2010年までの国際宇宙ステーション計画における各国の支出は、アメリカが6兆4400億円(585億ドル)、日本が7100億円、欧州が4600億円(35億ユーロ)、カナダが1400億円(17億カナダドル)である。2011年から2015年までの5年間の各国の予想支出は、アメリカが1兆8900億円(172億ドル)、日本が2000億円、欧州が2500億円(19億ユーロ)、カナダが250億円(3億カナダドル)である。(日本の支出の内訳はきぼうを参照)
なお、ロシアは自国管轄部分の費用をすべて負担し、同時にその全ての利用権を所有している。
2017年7月には、ISSの主要部分の360度画像が、Google ストリートビューにより公開された。
このプロジェクトはNASA宇宙飛行士ペギー・ウィットソンが率い、ESA宇宙飛行士トマ・ペスケ(英語版)により撮影された。360度カメラではなく、NASAの協力により、ISSに搭載済のニコン製一眼レフにより撮影した複数の画像を合成することにより360度画像を生成する手法がとられた。
ペスケ飛行士がISSに滞在した第50次/第51次長期滞在の期間においては、ドラゴン宇宙船のSpX-10、シグナス宇宙船のOA-7がドッキングしており、ISSに加え、両宇宙船の内部に訪れることもできる。
トラスの名称「S1」のSや「P1」のPは、それぞれ船舶用語の「右舷」(starboard side)、「左舷」(port side) からきている。また、「Z1トラス」のZは「天頂」(zenith) からきている。
国際宇宙ステーションからアマチュア無線が運用されている。各国の宇宙飛行士は、ISS搭乗前に日本のアマチュア無線技士相当の資格をアメリカ合衆国で取得し、ISSの余暇時間を使って、地上のアマチュア無線局と交信している。コールサインは NA1SS と RS0ISS が使用されている。また、青少年に宇宙に対して関心を持って貰うため、スクールコンタクトが実施されている。
2010年1月より、ISSからのインターネット直接接続が可能となった。野口聡一がISS滞在中にTwitterに1200回以上つぶやき、宇宙から最も多くTwitterに投稿した飛行士とされている。
2011年1月28日、日本のHTV-2号機「こうのとり」が国際宇宙ステーションにドッキングした。その後、2月24日に欧州補給機 (ATV) 2号機「ヨハネス・ケプラー」が、さらに2月26日にスペースシャトル「ディスカバリー」(STS-133) が国際宇宙ステーションにドッキングした。先にドッキング中のプログレス、ソユーズを加え、この時点で上記の5機種6機が一堂に会し、ISS計画に参加している各国の全宇宙船が、初めて同時に国際宇宙ステーションにドッキングした状態となった。スペースシャトルが退役することが決まっていることから、現役の宇宙機の勢ぞろいは、このSTS-133が最初で最後の機会となり、宇宙開発の国際協力を象徴するイベントとなった。また、このSTS-133ミッションでは、恒久的多目的モジュール (PMM) が、最後のアメリカ側モジュールとして取り付けられ、国際宇宙ステーションの与圧区画が、ほぼ完成状態となった。
地上における構成要素の運搬には、NASAが所有するスーパーグッピーが使用された。
宇宙飛行士が船内作業を行う際には記録を残すため撮影を行っているが、カメラの設置など撮影の準備は全作業時間の10%が費やされていた。日本では推進用のファンを搭載した球形の撮影ドローン「Int-Ball」を開発し、撮影を自動化する予定。