国际空间站（ISS）的通用疑问解答
国际空间站（International Space Station，简称ISS）是人类历史上规模最大、运行时间最长的国际合作项目之一。它不仅仅是一个在轨的庞大结构，更是一个持续运行的科研平台和人类在太空长期居住的试验场。围绕这个复杂的工程壮举，自然会产生许多具体的疑问。本文将围绕【iss系列】相关的一些通用问题，如它是什么、在哪里、建造成本多少、如何运行、航天员如何在其中生活等，进行详细具体的解答。
它是什么？（What is the ISS?）
国际空间站（ISS）本质上是一个围绕地球轨道运行的巨大科研实验室和居住舱复合体。它不是一个简单的卫星，而是一个由多个国家（主要合作方包括美国NASA、俄罗斯Roscosmos、欧洲ESA、日本JAXA、加拿大CSA）共同建造和运营的模块化空间站。它的主要目的是在微重力环境下进行科学研究，包括但不限于：
- 生命科学研究： 探索微重力对人体的影响，研究骨骼、肌肉、心血管系统的变化，为未来更长距离的深空探索做准备。
- 物理科学研究： 研究流体物理、燃烧科学、材料科学在微重力下的特性。
- 地球及空间科学： 利用站上的仪器观测地球、大气以及宇宙现象。
- 技术示范： 测试新的生命支持系统、机器人技术、材料等，为未来的空间技术发展铺路。
- 国际合作： 提供一个平台促进参与国家之间的科学、技术和人员交流。
它是一个由加压舱、非加压桁架结构、大型太阳能电池板、散热器、机械臂、气闸舱等众多组件组合而成的复杂工程系统。
它在哪里？（Where is the ISS?）
在地球上空的位置：
国际空间站运行在距离地球表面约400公里（250英里）的近地轨道上。这个高度低于许多通信卫星和气象卫星，但远高于地球的大气层大部分区域，以最大限度地减少空气阻力。
它的轨道倾角约为51.6度。这意味着它的轨道路径覆盖了地球上大约90%的人口居住区域。在晴朗的夜晚或黎明前，全球许多地方的人们都有机会在天空中看到它，因为它反射太阳光，看起来像一颗快速移动、非常明亮的星星。
相对于地球的运动：
空间站以惊人的速度绕地球运行，约28,000公里/小时（17,500英里/小时）。在这个速度下，它大约每90分钟绕地球一圈。这意味着空间站上的航天员每天会经历大约16次日出和日落。
它建造成本有多少？（How Much Did it Cost?）
估算国际空间站的总成本是一个复杂的问题，因为它涉及多个国家在几十年的时间里投入的资金、资源和人力。通常引用的数据是包含了设计、建造、发射、组装以及多年运营和维护的总费用。普遍接受的估算认为，截至目前，国际空间站项目的总成本已超过1500亿美元。
这个巨大的数字包括：
- 硬件制造： 各个模块、桁架、太阳能电池板、仪器设备的研发和建造。
- 发射费用： 使用各种运载火箭将组件、人员和货物送入轨道的成本。
- 在轨组装： 多年以来，航天员通过多次太空行走进行的复杂组装工作。
- 地面支持： 全球各地任务控制中心、通信网络、训练设施的运营。
- 持续运营和维护： 人员和货物的定期补给、系统维护、轨道保持等日常开销。
- 科学研究： 搭载在站上的各类实验项目的研发和运行成本。
这些费用由各参与国按照协议分摊，其中美国NASA承担了最大的一部分。
它是如何建成的？（How Was it Built?）
国际空间站并非在地面建造完成后一次性发射到太空的，而是通过超过40次的发射任务，在太空中“组装”起来的。建造过程持续了十多年，始于1998年11月发射的第一个模块——俄罗斯制造的“曙光号”（Zarya）功能货舱。
分步组装过程：
- 核心节点： 首先发射核心功能模块（如“曙光号”、“团结号”节点舱）形成站点的基础骨架。
- 加压舱段对接： 各国制造的居住舱、实验室舱（如美国的“命运号”、欧洲的“哥伦布号”、日本的“希望号”）通过对接节点舱逐渐连接起来，形成航天员生活和工作的加压内部空间。
- 桁架结构： 大型桁架段（Integrated Truss Structure – ITS）被运送到轨道并连接，这些桁架为太阳能电池板、散热器和其他外部设备提供支撑结构。
- 能源系统： 在桁架上安装巨大的太阳能电池板阵列，为空间站提供电力。电力通过锂离子电池储存，以供空间站处于地球阴影中时使用。
- 散热系统： 安装散热器，将空间站内部产生的热量散发到太空中。
- 其他关键组件： 对接端口、机械臂（如加拿大制造的Canadarm2）、气闸舱、观测窗（如欧洲的Cupola）等陆续安装。
每一次重要的组件发射后，都需要航天员进行多次太空行走（Extravehicular Activity – EVA）来连接电缆、管道，安装设备，执行复杂的组装和维护任务。加拿大制造的灵活的空间站遥控机械臂（Canadarm2）在捕获来访飞船、移动模块和辅助太空行走方面发挥了至关重要的作用。
航天员如何在空间站上生活？（How Do Astronauts Live on the ISS?）
在微重力环境下生活与在地球上截然不同，需要特殊的系统和日常生活方式。
内部环境与生命支持：
- 空气： 空间站内部的大气成分和压力与地球海平面类似（约78%氮气，21%氧气）。氧气主要通过电解水（利用太阳能电力将水分解为氧气和氢气）产生，同时也会有来自地球的补充氧气。二氧化碳则通过化学吸收剂或专门的系统（如Sabatier反应器）去除。
- 水： 水资源极其宝贵。空间站拥有先进的水回收系统，能够将航天员的尿液、汗水、呼出的水蒸气，甚至洗澡水全部回收净化，重新变成饮用水。补充的水源也会通过补给飞船送达。
- 温度： 空间站内部温度被控制在舒适的范围内，外部的散热器负责散发多余的热量。
日常生活：
- 睡眠： 航天员在睡袋中睡觉，并将睡袋固定在墙壁或天花板上，以免飘来飘去。每个航天员都有自己的小隔间作为私人空间。
- 饮食： 食物大部分是真空包装、冻干或加热即食的。有各种各样的菜肴，但都需要额外加水或加热。航天员用托盘或通过粘性表面固定食物和餐具。
- 卫生： 刷牙、洗脸等用少量水或湿巾。洗澡非常困难，通常使用湿毛巾或特制的无水香波。排泄物通过专门设计的真空马桶处理，液体被回收，固体被干燥后储存在容器中，最终随货运飞船坠入大气层焚毁。
- 锻炼： 这是微重力生活中至关重要的一部分。航天员每天必须花费至少两个小时进行体育锻炼，包括使用跑步机（需要用弹力绳将人固定住）和举重设备。这是为了对抗微重力导致的骨骼密度下降和肌肉萎缩。
- 工作与休闲： 航天员的工作内容包括执行科学实验、维护空间站系统、进行太空行走、与地面控制中心通信等。他们也有休息时间，可以看电影、听音乐、阅读、与家人通信（通过视频或电话），或者仅仅透过窗户欣赏地球的美景。
航天员的日程安排非常紧凑和结构化，通常由地面控制中心协调。每天从起床、早饭、工作、锻炼、午饭、继续工作、晚饭，到睡前整理，都有明确的时间表。
如何维持它的轨道？（How is its Orbit Maintained?）
虽然运行在稀薄的大气层上方，但国际空间站仍然会受到微弱的空气阻力影响，这会导致其轨道高度缓慢下降。为了抵消这种阻力并保持在预定的轨道高度（约400公里），空间站需要定期进行“再助推”（Reboost）操作。
再助推的方式：
- 使用对接的飞船： 最常见的再助推方式是利用对接在空间站上的俄罗斯“进步号”（Progress）货运飞船或欧洲ATV（已退役）的推进器点火。这些飞船的发动机推力足以将整个空间站推向更高轨道。
- 使用空间站自身的推进器： 空间站的俄罗斯舱段也配备有推进器，可以在必要时进行小型轨道调整或作为备份。
再助推的时间间隔取决于大气密度（受太阳活动影响）以及空间站的当前高度。每次再助推都会消耗燃料，这些燃料需要通过货运飞船从地面送达。
如何与地面通信？（How Does it Communicate with Earth?）
国际空间站与地面之间的通信对于任务控制、科学数据传输、航天员与家人交流至关重要。这主要通过一套复杂的通信系统实现。
- 跟踪与数据中继卫星（TDRS）： 美国NASA的TDRS卫星网络是主要通信手段。这些地球同步轨道卫星分布在地球赤道上方，能够持续“看到”近地轨道上的空间站，并将信号中继到地面站，从而实现近乎连续的通信覆盖。
- 俄罗斯中继卫星： 俄罗斯也有自己的中继卫星系统提供通信支持。
- 直接通信： 在某些情况下，当空间站直接飞过地面站上空时，也可以进行直接通信，但这种时间窗口较短。
这些系统支持双向通信，包括语音（航天员与地面控制中心通话）、视频（实时画面、视频会议）、数据传输（实验数据、指令、文件）以及航天员的个人通信（与家人朋友的视频通话）。
如何进行太空行走（EVA）？（How are Spacewalks Performed?）
太空行走，或称舱外活动（Extravehicular Activity – EVA），是航天员离开空间站内部加压环境到外部执行任务的过程。这通常是为了进行维护、修理、安装新设备或进行外部科学实验。
太空行走的准备与执行：
- 规划与训练： 每一次太空行走都需要地面团队周密的计划和航天员在地面模拟器中进行大量训练。
- 准备气闸舱： 航天员使用专门的气闸舱（如美国的Quest或俄罗斯的Pirs/Poisk）进出。在进入气闸舱前，他们要进行长时间的“预呼吸”纯氧过程，以排出血液中的氮气，防止在进入低压太空服后发生减压病。
- 穿戴太空服： 特制的舱外活动服（如美国舱外移动单元EMU或俄罗斯海鹰服Orlan）本身就是一个微型航天器，提供氧气、温度控制、通信、水以及压力保护。太空服非常复杂且沉重（在地面上可达100多公斤），但在微重力下没有重量感。
- 进入真空： 航天员进入气闸舱后，气闸舱的空气会被逐渐排出，直到内部环境变为真空。
- 出舱： 气闸舱的外部舱门打开，航天员通过连接在太空服和空间站外部的安全绳或扶手移动到工作区域。
- 执行任务： 航天员使用特制的工具，在空间站外部的复杂环境中完成任务。他们通常通过语音与地面控制中心和空间站内的其他航天员保持通信。
- 返回与再加压： 任务完成后，航天员带着工具和设备返回气闸舱。舱门关闭后，气闸舱会重新加压，航天员脱下太空服回到空间站内部。
太空行走是空间站运作中风险最高也最具挑战性的任务之一，但对于维护这个复杂设施的正常运行至关重要。
未来它将如何？（What will happen to the ISS in the Future?）
国际空间站最初计划的运行寿命已多次延长。目前的计划是将空间站的运行延续到2030年。
在2030年之后，由于空间站结构的逐渐老化以及维护成本的上升，目前的计划是将其退役并进行受控离轨。这意味着它将不会简单地失控坠落，而是会通过多次点火，使其轨道逐渐下降，最终以受控的方式坠入地球大气层，绝大部分结构会在大气层中焚毁。残余的少量碎片预计将落入南太平洋一个远离航运航线和有人居住陆地的区域，这个区域常被称为“航天器公墓”（Point Nemo）。
在此之前，各国航天机构正在探索和支持商业空间站的发展，可能在未来接替国际空间站在近地轨道的科研和商业活动。
国际空间站是人类探索太空史上的一个重要里程碑，它代表着国际合作的力量，并为我们提供了关于在太空中长期生存和工作的宝贵知识。虽然有一天它会谢幕，但它留下的科学遗产和工程经验将继续推动人类迈向更远的星辰。