互动科普

国际空间站这个庞大的国际合作工程原定2003年竣工，但由于技术、资金和合作各方的相互牵扯等原因，尤其是2003年2月1日美国哥伦比亚号航天飞机失事事件的冲击，所以工程一再推迟。2007年，美国航天飞机把和谐号节点舱-2送上空间站后，“积木”搭建速度加快了，预计2010年全部建成。

经过长期精心准备，2008年欧洲空间局将为国际空间站做出两大贡献，即在1月份用美国阿特兰蒂斯号航天飞机把打造多年、庞大昂贵的哥伦布号实验舱送到国际空间站（ISS）上；在2月份用推力巨大的阿里安-5ES-ATV火箭首次发射凡尔纳号自动转移飞行器，为国际空间站提供运输服务。2008年，美国航天飞机还将分3次发射日本希望号实验舱，逐次与国际空间站对接组装，其技术相当复杂艰巨。届时，国际空间站这座空间大厦将更加宏伟壮观。 

庞大的宇宙城堡

国际空间站是迄今为止最大、最先进的空间站。它包含13个增压舱，其中6个用于科学实验的研究舱，3个供航天员居住的生活舱，1个为空间站提供初始推进、姿控、通信和储存功能的多功能货舱，以及3个对接用的节点舱。这些舱体和其他设备由航天飞机和一次性运载火箭分多次运往轨道，然后由站上的遥控机械臂系统和航天员舱外活动进行组装，逐步建成规模庞大、功能广泛的永久性空间站。 

多国合作工程

国际空间站是于1993年由美国、俄罗斯、欧空局成员国（法国、德国、意大利、英国、比利时、丹麦、荷兰、挪威、西班牙、瑞典、瑞士）、日本、加拿大和巴西共16个国家联合建造，是世界上最大的航天工程。这个项目的投资也十分巨大，原预算为500亿美元，建成后，每年还需要大量的运行费。但从目前来看已远远超支，总费用至少为1000亿美元。

国际空间站的大体分工是：美国研制命运号实验舱、离心机调节舱、居住舱、团结号节点舱-1、探索号气闸舱、桁架结构、太阳能电池阵；俄罗斯研制曙光号多功能货舱、星辰号服务舱、万向对接舱、对接段、对接与储存舱、生命保障舱、科学能源平台、2个研究舱；欧空局研制哥伦布号实验舱、凡尔纳号自动转移飞行器、和谐号节点舱-2、节点舱-3；意大利研制3个莱昂纳多号多用途后勤舱（意大利在国际空间站合作中是一个较为特殊的合作伙伴，它既是欧空局参加国际空间站合作的一个重要成员，又单独与美国签定双边合作协议）；日本负责研制希望号实验舱，它由舱内实验室、舱外实验平台、舱外运转平台、遥控机械臂和后勤舱5部分组成；加拿大负责研制移动服务系统，该系统包括空间站遥操作机器人系统—加拿大机械臂-2、移动基座系统和专用灵巧机械手，其中空间站遥操作机器人系统用于空间站的装配与服务、轨道器的对接与分离、有效载荷操作以及协助航天员的航天员出舱活动等，移动基座系统是它的工作平台，专用灵巧机械手是一个双臂机器人，能承担目前航天员出舱完成的许多维修和装配任务；巴西提供一些实验特殊托架。

已上天的舱段都已被命名了好记易懂的名字，如美国命运号实验舱、团结号节点舱-1、探索号气闸舱、部分桁架结构和太阳能电池翼、俄罗斯曙光号多功能货舱、星辰号服务舱、欧洲和谐号节点舱-2、意大利莱昂纳多号多用途后勤舱、加拿大负责研制移动服务系统等。 

混合式航天母舰

国际空间站最初拟采用当今最先进的桁架挂舱式构型，即以长达上百米的组装式桁架为基本结构，将多个舱段和设备安装在桁架上。但因为规模太大，技术复杂，费用高昂，尤其是需要航天员多次出舱进行组装工作，风险较大。所以“国际空间站”方案经过多次修改后，实际是一个既采用了像俄罗斯和平号空间站积木式构型，又采用了桁架挂舱式构型的“混合体”。这样可充分利用已经成熟的技术，大大减少建造难度和费用。

该空间站由两大部分立体交叉组合而成：一部分是以俄制多功能货舱为基础，通过对接舱段及节点舱，与俄罗斯服务舱、研究舱、生命保障舱，美国实验舱、居住舱，日本实验舱和欧洲实验舱对接形成空间站的核心部分；另一部分是在美国的桁架结构上，安装加拿大的移动服务系统、舱外仪器设备和4对大型太阳能电池板。这两大部分垂直交叉构成“龙骨架”，从而可加强空间站的刚度，且有利于各分系统和科研设备工作性能的正常发挥，航天员出舱装配与维修也很方便，并使站内的微重力环境与控制精度达到最佳。

这座空中阁楼目前总质量约200多吨。如果航天飞机今后每年发射4～5次，它可以在2010年完工，成为近地轨道上有人直接参与各种科学研究活动的基地。建成后的空间站的总质量达423吨，长度为108米，宽度为88米，密封增压舱总容积有1202立方米，可供6名航天员长期考察和科学实验。它运行在倾角51.6°、高397千米的轨道上，工作寿命10～15年。 

科学实验的圣地

国际空间站最终共有6个科学实验研究舱，它们分别是美国的实验舱和离心机舱、俄罗斯的两个研究舱、欧空局实验舱、日本实验舱。舱内实验设备和仪器大部分是放在国际标准有效载荷机柜内，便于维护和更换。美国、欧空局和日本的实验舱内共有33个标准机柜，俄罗斯的两个研究舱内有20个标准机柜。另外，日本的实验舱有1个外挂的“后通道”，它包括用于安装暴露在空间的实验设备的10个位置，实验设备可由实验舱上的一个小机械臂装到外面。

美国“命运号”是第一个上天的实验舱，它于2001年2月7日由阿特兰蒂斯号航天飞机送上空间站。命运号是美国进行微重力科学实验与研究的场所，包括材料加工、生命科学、生物医学实验以及流体科学实验等，它也是指挥和控制“国际空间站”装配和正常运行的核心舱，并提供站内外通信、电源分配、热控以及数据采集和分发。

2008年1月由阿特兰蒂斯号航天飞机发射的欧洲哥伦布号是国际空间站的第二个实验舱。它具有多种用途，呈圆筒形，直径4.5米，长8米，容积达到75立方米，空重9.5吨，发射时可以携带2.5吨有效载荷，入轨后能容纳9吨有效载荷和容纳3名航天员以及10个实验装置摆放架。每个实验架相当于电话亭大小，可装10个国际标准有效载荷机柜、3个储存机柜和3个系统机柜，并都能提供单独的动力和制冷控制。另外，4个外部装备平台将为空间站乘员提供外部实验的能力。实验舱还配备了可与地面研究人员联系的视频和数据通信系统。利用这个实验舱可进行大量失重状态下的实验。按照设计，3名航天员可同时在实验舱内工作而不会觉得拥挤，其使用寿命至少10年。

实验舱的辅助有效载荷由4个增压有效载荷柜和两个不增压的外部有效载荷组成。4个增压柜是生物实验室、欧洲生理舱、流体科学实验室、欧洲抽屉柜，它们在发射前就装到实验舱内；两个不增压的外部有效载荷安放在由美国提供的专用货架上。

该舱于2006年6月交付美国。美国宇航局空间站项目的负责人称，哥伦布号舱是即将完成空间站建设的重要里程碑，它运达肯尼迪航天中心标志着国际间合作的加强和空间站按计划需求运行。这个空间实验舱被欧洲人视为自己的孩子，阿特兰蒂斯号机组有3人已经为此整整等待了10年之久，一些参与哥伦布号实验舱项目的科学家和工程师等待的时间更长，从开始研制到发射已经近25年了。

哥伦布号舱的上天时间已比原计划晚了3年左右，如果美国航天飞机再次推迟发射哥伦布号舱的时间，将会对它产生严重影响。 

超级载重货船

欧洲的自动转移飞行器是无人货运飞船，它可向国际空间站运送7～9吨的货物，载货量相当于俄罗斯“进步”货运飞船的3倍多，并具有“拖船”的功能，是名副其实的往返太空的“载重卡车”。自动转移飞行器有4种功能：一是向空间站运送燃料、水、食品、氧气、仪器、设备等补给物资和航天员需要阅读的报刊书籍和期待欣赏的音乐制品；二是在货物卸载后，可以用作空间站的附加活动室；三是每隔10～45天提升一次“国际空间站”的轨道，以抵消因稀薄大气阻力而导致轨道降低带来的影响，空间站轨道每天最多降低200米；四是能用作垃圾箱，把空间站上生产的材料、科学实验样品、记录贮存的资料、过期的设备以及无法处理的废弃物资带回地球，并在再入时烧毁。

自动转移飞行器是欧空局自开展航天研制以来，技术最复杂的航天器，可为欧空局未来的空间探索计划提供所需的新技术，如自动交会对接和“太空加油”——航天器对航天器在轨道上加注推进剂。

第一个自动转移飞行器是演示验证飞行器，它以法国著名科幻小说家的名字命名为“凡尔纳号”。凡尔纳在19世纪写的《环绕月球》和《从地球到月球》等近现代太空科幻小说曾产生了非凡的影响，许多火箭和航天先驱者者受到这部小说的启发和激励。2008年2月，搭乘凡尔纳号上天的包括凡尔纳经典之作《月球之旅》，这部作品由《从地球到月球》和《环游月球》两部科幻小说组成，还附有精美插图。到达国际空间站后，《月球之旅》将搭载其他航天器返回地球。

欧空局计划建造9个自动转移飞行器，按国际空间站之需，约每14～18个月发射1个，每个发射重量预计为20.75吨。 

最大的实验舱

如果哥伦布号实验舱能顺利与国际空间站对接，2008年2月开始由美国航天飞机分3次把日本“希望号”实验舱送上空间站。日本即将完成的希望号实验舱由舱内实验室、舱外实验平台、舱外运转平台、遥控机械臂和后勤舱5部分组成。国际空间站虽然有4个能够利用太空独特的真空和微重力环境进行暴露实验的设备，但惟有希望号的舱外实验平台具有主动冷却的功能，而且通讯能力也特别强。

希望号实验舱将逐次与国际空间站对接组装，其技术相当复杂艰巨。届时，国际空间站这座空间大厦将更加宏伟壮观。

2007年10月的国际空间站。近处为对接在空间站上的航天飞机。

（本文发表于《科学世界》2008年第2期）