کد خبر: ۱۸۳۹۸

تاریخ انتشار: ۱۷ مهر ۱۳۹۳ - ۰۹:۱۵

صفحه نخست » علم

ایستگاه فضایی بین‌المللی کجاست؟

ایستگاه فضایی بین‌المللی (به انگلیسی: International Space Station) یک ایستگاه فضایی است که با مشارکت بیش از ۱۵ کشور ساخته می‌شود.

به گزارش باشگاه خبرنگاران ،این ایستگاه فضایی در مدار زمین و در ارتفاع ۳۵۰ کیلومتری از سطح زمین در حرکت است.

سرعت آن در مدار معادل ۲۷٬۷۰۰ کیلومتر بر ساعت است، که به این ترتیب روزی ۱۵ بار به دور سیاره زمین گردش می‌کند. بیشتر بخش‌های اصلی این ایستگاه فضایی ساخته شده اما تا سال ۲۰۱۵ چند بخش جدید به آن افزوده خواهد شد. پس از تکمیل، ایستگاه فضایی بین‌المللی ۴۵۰ تُن وزن خواهد داشت، و ۱۲۰۰ متر مکعب فضای کار، پژوهش و زندگی برای فضانوردان فراهم خواهد آورد. ایستگاه فضایی بین‌المللی در شب بصورت ستاره‌ای متحرک با چشم غیرمسلح قابل رؤیت است.

این ایستگاه محصول همکاری مشترک سازمان ناسا، سازمان فضایی روسیه، سازمان فضایی اروپا، سازمان فضایی ژاپن، و سازمان فضایی کانادا است. سازمان فضایی برزیل از طریق همکاری با ناسا با این برنامه مشارکت می‌کند. سازمان فضایی ایتالیا، هم به عنوان یک عضو فعال در سازمان فضایی اروپا، و هم بطور مستقل در برنامه ایستگاه فضایی مشارکت می‌کند. سازمان فضایی چین نیز علاقه خود را برای پیوستن به جمع مشارکت‌کنندگان، به ویژه از طریق همکاری با سازمان فضایی روسیه اعلام داشته است.

ایستگاه فضایی بین‌المللی در حقیقت فرزند و ترکیبی از چندین پروژه فضایی است که قبلاً توسط کشورهای مختلف برنامه‌ریزی شده بود. از جمله این برنامه‌ها می‌توان به ایستگاه فضایی میر-۲ (روسیه)، ایستگاه فضایی آزادی (آمریکا)، آزمایشگاه فضایی کلمبوس (اروپا) و آزمایشگاه فضایی کیبو (ژاپن) اشاره کرد.

حضور فضانوردان در ایستگاه فضایی بین‌المللی از آغاز نخستین ماموریت در ۱۲ آبان ۱۳۷۹ تاکنون بدون وقفه ادامه داشته است.این ایستگاه در حال حاضر ظرفیت شش سرنشین دائمی را دارا است، اگرچه هنگام اتصال فضاپیماها و ورود اردوهای جدید، تعداد فضانوردان درون ایستگاه بطور موقت تا بیش از ۱۰ نفر هم افزایش می‌یابد. دو فروند فضاپیمای سایوز هر یک با ظرفیت ۳ نفر بطور دائمی برای تخلیه اضطراری ایستگاه در هنگام خطر به آن متصل اند.

در ابتدای کار ایستگاه، سرنشینان آن از سازمان‌های فضایی روسیه و آمریکا انتخاب می‌شدند، تا اینکه در ژوئیه ۲۰۰۶ یک فضانورد آلمانی سازمان فضایی اروپا، در قالب اردوی ۱۳ به ایستگاه فضایی بین‌المللی سفر کرد. تاکنون روی هم رفته فضانوردانی از ۱۶ کشور جهان در این ایستگاه اقامت کرده‌اند؛ این تعداد شامل ۵ توریست فضایی نیز هست؛ انوشه انصاری، فضانورد ایرانی، در روز ۲۷ شهریور ۱۳۸۵ به ایستگاه فضایی بین‌المللی وارد شد و ۹ روز در آن اقامت داشت.

در حال حاضر فضاپیماهای سایوز، پروگرس، فضاپیمای ترابری خودکار، فضاپیمای ترابری اچ-۲ و فضاپیمای دراگن مسئولیت رساندن سرنشین، خدمات و پشتیبانی را به ایستگاه فضایی بر عهده دارند. ماموریت‌های پشتیبانی شاتل فضایی در پی بازنشسته شدن شاتل‌ها در سال ۲۰۱۱ به پایان رسید.

تکمیل ساخت ایستگاه فضایی بین‌المللی برای سال ۲۰۱۵ میلادی برنامه‌ریزی شده است. تخمین زده می‌شود که جمع هزینه‌های این ایستگاه از آغاز ساخت تا پایان بیش از ۱۰۰ میلیارد یورو باشد. به این ترتیب، ایستگاه فضایی بین‌المللی پرهزینه‌ترین دستگاه ساخته شده در طول تاریخ بشر است.

ایستگاه فضایی بین‌المللی معمولاً با مخفف نام انگلیسی آن یعنی ISS نامیده می‌شود.

کاربردهای اصلی ایستگاه فضایی بین‌المللی

آزمایشگاه فضایی برای انجام پژوهش‌های نوین، پژوهش‌ها و آزمایش‌هایی که انجام آنها روی زمین به علت وجود جاذبه ممکن نیست یا با دشواری‌هایی همراه است؛

رصدخانه دائمی در مدار زمین، برای رصد کردن زمین، خورشید، منظومه شمسی و کیهان؛

مرکز حمل و نقل مداری که می‌توان در آن فضاپیماها، بار و قطعات گوناگون را گردآوری کرد، و

پس از مونتاژ و تنظیم، آنها را به مقصد مورد نظر فرستاد؛

مرکز سرویس برای تعمیر، نگهداری، و تنظیم فضاپیماها و ماهواره‌ها در مدار زمین؛

مرکز ساخت و ساز برای مونتاژ و نصب سازه‌های بزرگ فضایی؛

مرکز همکاری پژوهشی با بخش خصوصی در زمینه مهندسی هوافضا با هدف پیشبرد فناوری فضایی و تشویق بیشتر بخش خصوصی به سرمایه‌گذاری در آن.

عمر عملیاتی ایستگاه فضایی بین‌المللی تا سال ۲۰۲۰ میلادی برنامه‌ریزی شده است و احتمالاً تا نیمه دهه آینده نیز ادامه خواهد یافت. با این حال، این ایستگاه فضایی حتی دو سال پیش از تکمیل یعنی در سال ۲۰۰۸، رکورددار بزرگترین ایستگاه ساخته شده در مدار زمین در طول تاریخ فضانوردی شد. تخمین زده می‌شود که جمع هزینه‌های این ایستگاه از آغاز ساخت تا پایان بیش از ۱۰۰ میلیارد یورو باشد. به این ترتیب، ایستگاه فضایی بین‌المللی پرهزینه‌ترین دستگاه ساخته شده در طول تاریخ بشر است. مشارکت‌کنندگان در این پروژه، چنین هزینه گزافی را برای رسیدن به دستاوردهایی بزرگ و درازمدت پرداخت می‌کنند؛ مشارکت در این پروژه باعث می‌شود که در این کشورها بودجه کلانی برای پیشبرد تحقیقات و تولید با استفاده از فناوری‌های پیشرفته اختصاص یابد، «دانش و اطلاعات» به عنوان زیرساختار توسعه آن جوامع نهادینه شود، و تبادل دانش، تجربه، فرهنگ و فناوری از طریق مشارکت در این برنامه بین‌المللی بدست آید.

کشورهای سازنده بخش‌های اصلی ایستگاه (تا پایان پروژه) عبارتند از: روسیه (۶ بخش)، آمریکا (۴ بخش)، اروپا (۳ بخش)، ژاپن (۲ بخش)، کانادا (۲ بخش)، ایتالیا بطور مستقل (یک بخش)، به همراه دو بخش که یکی ساخت مشترک آمریکا و روسیه و دیگری ساخت مشترک اروپا و ایالات متحده آمریکا است.

شاتلهای فضایی، سایوز و پروگرس از آغاز برای حمل و نقل فضانوردان و بار به ایستگاه فضایی بین‌المللی استفاده می‌شدند. فضاپیمای ترابری خودکار از ۱۹ اسفند ۱۳۸۶ به ناوگان فضاپیماهای پشتیبانی ایستگاه پیوست. ناوگان شاتلهای فضایی ناسا که از آغاز برنامه نقش عمده ای در ساخت و پشتیبانی ایستگاه فضایی داشت، در پی فاجعه انفجار فضاپیمای کلمبیا در ژوئیه ۲۰۱۱ بازنشسته شد.

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 به 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 بوجود 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 ماموریت 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 بوجود آمد.

پایان فرایند ساخت ایستگاه برای سال ۱۳۸۹ (۲۰۱۰ میلادی) برنامه‌ریزی شده است. پس از تکمیل، ایستگاه فضایی، نزدیک به ۱۲۰۰ متر مکعب فضا برای زندگی، کار و پژوهش فضانوردان، دارا خواهد بود.

اردوهای ایستگاه فضایی بین‌المللی

یوری گیدزنکو، ویلیام شپرد و سرگئی کریکالیوف، فضانوردان ارودی ۱ 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 بصورت «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 باز می‌گردند 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.

بخش‌های پُرهوای ایستگاه

ایستگاه فضایی بین‌المللی پس از تکمیل دارای ۱۴ بخش خواهد بود که دارای فشار هوا و مناسب برای زندگی و کار انسان هستند. کل این مجموعه فضای مفیدی معادل ۱۲۰۰ متر مکعب فراهم خواهد آورد. این بخش‌ها شامل چندین آزمایشگاه، بخش‌های ویژه اتصال، محفظه‌های هوایی و واحدهای مسکونی هستند. بخش‌های ایستگاه فضایی بین‌المللی بوسیله شاتل فضایی، پروتون یا موشک سایوز به مدار زمین فرستاده می‌شوند.

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 تامین 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 تامین 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 ۲۷۸ کیلومتر تا ۴۶۰ کیلومتر در تغییر است. ارتفاع پایین‌تر معمولاً برای اتصال شاتل با محموله سنگین، و ارتفاع حداکثر ۴۲۵ 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.[۱۸] 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 باز می‌گردد. 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.[۱۹] 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 درپی 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 رئیس جمهور 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 درپی بودجه و افزایش هزینه‌های مورد نیاز برای ساخت ایستگاه، ناسا چندین بار وادار به بازبینی ابعاد طرح شد و برنامه ساخت ایستگاه با تاخیر 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. اما سر انجام در سال ۱۹۹۰ برنامه ساخت ایستگاه فضایی آزادی زیر بار خود کمر خم کرد و علی‌رغم تلاش ناسا برای بازبینی آن، بطور 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.

ایستگاه‌های پرتاب فضاپیما

پایگاه فضایی بایکونور (جمهوری قزاقستان - قبلاً جزئی از اتحاد جماهیر شوروی). این پایگاه تا سال ۲۰۵۰ در اجاره روسیه است.

پایگاه فضایی کندی (ایالات متحده آمریکا)

پایگاه فضایی گویان در گویان فرانسه (سازمان فضایی اروپا)

گزارش خطا