國際空間站的作用是什么？

在科幻小說和空間探索發(fā)展的早期階段，人類就對空間站充滿幻想。夢想家們把空間站想象成軌道上的前哨基地，就像18、19世紀(jì)美國西部開發(fā)時所建立的堡壘和前哨。國際空間站是人類為了保持在太空中的永久存在而做出的最新也是規(guī)模最大的努力。

對于有些人而言，空間站是在地球無法復(fù)制的環(huán)境中進(jìn)行尖端科學(xué)試驗的場所。而另一些人則把空間站當(dāng)成了做生意的場所，一些獨特的物質(zhì)（晶體、半導(dǎo)體和藥物）在空間站制造比在地球上制造出來的形狀更好。還有一些人把空間站看作去行星和恒星探險的出發(fā)點，或者是旅游景區(qū)，甚至是緩解地球人口過多問題的新興城市或聚居地。

1998年，國際空間站在軌裝配拉開序幕。它最終建成后將包括超過100個艙，需要進(jìn)行44次太空飛行才能將各種部件送入軌道。裝配和維護(hù)國際空間站需要進(jìn)行160次太空行走，總耗時為1920個工時。裝配和維護(hù)工作計劃在2010年完成，預(yù)期使用壽命為10年，計劃總投資為350億～370億美元。建成后，國際空間站可容納7名宇航員。它將由以下部件組成。

◇ “曙光”號控制艙：該控制艙包含推進(jìn)（兩個火箭發(fā)動機(jī)）、命令和控制系統(tǒng)。

◇ 節(jié)點：這些節(jié)點連接著空間站的主要部分。

◇ “星辰”號服務(wù)艙：該服務(wù)艙包括為空間站早期工作人員提供的生活和生命保障區(qū)、用于接待“進(jìn)步”號貨運(yùn)飛船的對接口、用于姿態(tài)控制和再推進(jìn)的火箭發(fā)動機(jī)。

◇ 科學(xué)實驗室：空間站將擁有6個實驗室，內(nèi)有科學(xué)儀器和將裝備運(yùn)至外層平臺的機(jī)械臂。

◇ 實驗艙：研究微重力、生命科學(xué)、地球科學(xué)和空間科學(xué)的便利場所。

◇ 桁架：桁架是一個長長的塔狀構(gòu)架，用來組裝各種艙、裝備以及系統(tǒng)設(shè)備。

◇ 移動服務(wù)系統(tǒng)：這一機(jī)械系統(tǒng)會沿桁架運(yùn)動，裝有遠(yuǎn)程臂，可進(jìn)行裝配和維護(hù)工作。

◇ 運(yùn)輸車：為了進(jìn)行緊急疏散，空間站將配備“聯(lián)盟”號太空艙和一輛人員返回車（X-38）。

◇ 電力系統(tǒng)：空間站通過太陽能電池帆板和相關(guān)設(shè)備來生產(chǎn)、儲存、管理和分配電能。

知識檔案

國際空間站如何工作

為了維持一個人類能永久進(jìn)行生活和工作的環(huán)境，國際空間站必須能夠提供：生命保障、推進(jìn)、通訊和跟蹤、導(dǎo)航、電能、電腦、再補(bǔ)給以及緊急逃生路線。

國際空間站的使用

在大多數(shù)情況下，國際空間站被用來在微重力的獨特環(huán)境下進(jìn)行科學(xué)實驗。國際空間站比“和平”號空間站大4倍，航天飛機(jī)只能在軌道上停留3周，而國際空間站在軌道上停留的時間則要長得多。來自各國政府、企業(yè)和教育機(jī)構(gòu)的代表都可以利用國際空間站的各種設(shè)施。可以進(jìn)行的實驗類型包括以下幾種。

☆ 微重力科學(xué)。

☆ 生命科學(xué)。

☆ 地球科學(xué)。

☆ 空間科學(xué)。

☆ 工程研究和發(fā)展。

☆ 商業(yè)產(chǎn)品開發(fā)。

◎ 微重力科學(xué)

重力影響著地球上的物質(zhì)運(yùn)動。舉例來說，重力改變了原子聚合形成晶體的方法。在微重力的環(huán)境下，可以形成近乎完美的晶體。利用這些晶體，可以制造出更有效地治療疾病的藥物，或制造出可以提高電腦運(yùn)行速度的性能更優(yōu)越的微處理器。

重力的另一個作用是它可以在火苗中形成對流氣流，從而導(dǎo)致火焰燃燒不穩(wěn)定。這樣，想要對燃燒進(jìn)行研究就非常困難。但是，在微重力的環(huán)境下，火苗的燃燒就變得簡單、穩(wěn)定而緩慢；這樣的火苗使燃燒過程研究變得簡單多了。這樣的研究可以使人們更好地理解燃燒的過程，從而設(shè)計出更好用的火爐或更有效地減少環(huán)境污染。

國際空間站將建立最先進(jìn)的實驗室來研究微重力對上述過程的影響。

◎ 生命科學(xué)

我們都知道，生命是在重力作用下的世界逐漸進(jìn)化的。我們身體的形狀和輪廓都受到了重力的影響，我們依靠骨骼來平衡重力。我們的感官可以告訴我們上下方向，因為我們可以感知重力。但重力究竟是怎樣影響生物的呢？國際空間站使我們有機(jī)會在失重條件下去研究植物和動物。舉例來說，當(dāng)植物的種子發(fā)芽時，植物的根部向下生長，嫩芽或葉子向上生長（這叫作“向重力性”）；幼嫩的植物總是能通過某種方式感知重力。那么，如果種子是在微重力的環(huán)境下生長，情況又會如何呢？國際空間站將會對此進(jìn)行實驗研究。

如果長期處于失重的環(huán)境中，會導(dǎo)致我們的骨骼缺鈣，肌肉組織缺乏，全身供血不足。失重對我們產(chǎn)生的影響和衰老類似（肌肉力量不斷變小，即骨質(zhì)疏松癥），因此處于失重環(huán)境中也可以使我們加深對衰老過程的認(rèn)識。如果我們能夠想出減小微重力影響的對策，我們也可能會想出辦法來阻止因衰老而產(chǎn)生的身體變化。國際空間站將能提供宇宙飛船所無法提供的長期處于微重力下的環(huán)境。

在國際空間站，我們可以對與地球生態(tài)系統(tǒng)類似的生態(tài)生命保障系統(tǒng)進(jìn)行測試。我們可以在太空中大量種植植物，來獲得氧氣、去除二氧化碳，同時提供食物。當(dāng)科學(xué)家們計劃進(jìn)行長途的太空旅行時，比如前往火星或木星，在國際空間站收集信息就變得非常重要了。

◎ 地球科學(xué)

國際空間站的運(yùn)行軌道將把地球表面75%的面積納入觀測范圍。宇航員們通過使用空間站的相關(guān)儀器，可以進(jìn)行如下工作。

國際空間站的起源

☆ 氣候和天氣狀況研究。

☆ 地質(zhì)學(xué)研究。

☆ 收集大氣質(zhì)量的相關(guān)信息。

☆ 將植被、土地使用情況和礦產(chǎn)資源分布情況制圖。

☆ 對河流、湖泊和海洋的清潔狀況進(jìn)行監(jiān)控。

從這些研究中獲得的數(shù)據(jù)將有助于我們理解地球生物圈的運(yùn)作過程，以及怎樣做才能將人類對生物圈的影響降低到最低。

◎ 空間科學(xué)

國際空間站將成為一個在地球大氣層上方進(jìn)行軌道運(yùn)動的平臺。和哈勃天文望遠(yuǎn)鏡一樣，透過國際空間站的望遠(yuǎn)鏡，可以在不受地球大氣層干擾的情況下，清晰地看到太陽、恒星和行星。利用國際空間站配備的儀器，可以尋找其他恒星周圍的行星，也可以在遙遠(yuǎn)的星系尋找宇宙起源的線索。與哈勃天文望遠(yuǎn)鏡相比，國際空間站上的所有設(shè)備可以更加輕松地進(jìn)行修理和更換。

◎ 工程研究和開發(fā)

國際空間站中多數(shù)工程研究和開發(fā)項目都致力于研究空間環(huán)境對物質(zhì)的影響，以及開發(fā)太空探索的新技術(shù)。未來將進(jìn)行研究的項目如下。

☆ 用來搭建太空建筑物的新的建筑技術(shù)。

☆ 新的太空技術(shù)，包括太陽能電池和太陽能存儲。

☆ 新的衛(wèi)星和宇宙飛船通訊系統(tǒng)。

☆ 可供未來宇宙飛船使用的先進(jìn)的生命保障系統(tǒng)。

在國際空間站建設(shè)前，美國國家航空和航天局發(fā)射了一顆名為“LDEF”（長期暴露實驗裝置）的衛(wèi)星，以此來研究太空環(huán)境（大氣層上方的原子氧、宇宙光和微流星體）產(chǎn)生的影響。研究物質(zhì)被放置在衛(wèi)星的外部。

在軌道中運(yùn)行了幾年之后，該衛(wèi)星被航天飛機(jī)召回，返回地球并用于研究。

這種類型的實驗在國際空間站里進(jìn)行要容易得多。在國際空間站，物質(zhì)會被放置在開放的平臺上，在數(shù)年的時間里長期處于太空環(huán)境中。

這些研究物質(zhì)可以比在衛(wèi)星上更容易地替換以便進(jìn)行分析。在這些實驗中獲得的信息可以幫助科學(xué)家設(shè)計出性能更加優(yōu)越的物質(zhì)，從而使衛(wèi)星可以在太空環(huán)境中停留更長的時間。

◎ 商業(yè)產(chǎn)品開發(fā)

前面提到，在空間站可以制造出性能更好的晶體，這些晶體可用來制造更有效的藥物、提取原油用的催化劑以及半導(dǎo)體。國際空間站也將會開放實驗室來制造這些產(chǎn)品，同時為這些產(chǎn)品提供比在航天飛機(jī)上長得多的軌道時間。

空間站的未來

人類對空間站的開發(fā)才剛剛起步。與“禮炮”號空間站、天空實驗室和“和平”號空間站相比，國際空間站已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)步，但是要實現(xiàn)科幻小說家們所描繪的大型空間站或聚居地，我們還有很長一段路要走。迄今為止，還沒有一個空間站處于重力的環(huán)境下，這有以下兩個原因。

（1）我們希望在一個無重力的環(huán)境下，對重力的作用進(jìn)行研究。

（2）我們目前的技術(shù)無法做到使大型建筑，如太空站，發(fā)生旋轉(zhuǎn)來產(chǎn)生人造重力。

未來，居住著大量人口的太空聚居地將有基本的人造重力。