ایستگاه فضایی بین‌المللی بزرگ‌ترین آزمایشگاه علمی در مدار زمین است که از سال 1998 به‌عنوان نمادی از همکاری جهانی در اکتشافات فضایی فعالیت می‌کند. این سازه عظیم، که در ارتفاع حدود 400 کیلومتری زمین قرار دارد، میزبان فضانوردان از کشورهای مختلف برای انجام تحقیقات علمی، آزمایش فناوری‌های جدید و آماده‌سازی برای مأموریت‌های آینده به ماه و مریخ است. ISS با مشارکت 15 کشور، از جمله ایالات متحده، روسیه، اروپا، ژاپن و کانادا، ساخته شده و نقش کلیدی در پیشرفت علم و فناوری فضایی ایفا کرده است.
معرفی ایستگاه فضایی بین‌المللی
ایستگاه فضایی بین‌المللی International Space Station یا ISS یک آزمایشگاه مداری چندمنظوره است که در مدار نزدیک زمین (Low Earth Orbit) با سرعت 28,000 کیلومتر بر ساعت حرکت می‌کند. این ایستگاه با ابعاد 109 متر طول، 73 متر عرض و وزن تقریبی 420 تن، بزرگ‌ترین سازه‌ای است که بشر در فضا ساخته است. ISS از سال 2000 به‌صورت مداوم میزبان فضانوردان بوده و تاکنون بیش از 3,000 آزمایش علمی در زمینه‌های زیست‌شناسی، فیزیک، اخترشناسی و فناوری در آن انجام شده است. این ایستگاه همچنین بستری برای همکاری بین‌المللی و توسعه اقتصاد فضایی است که شرکت‌های خصوصی مانند اسپیس‌ایکس و نورthrop Grumman را درگیر کرده است.
اجزای اصلی ایستگاه فضایی بین‌المللی
| نام بخش | وظیفه و کاربرد |
|---|---|
| ماژول زاریا (Zarya) | اولین ماژول پرتاب‌شده؛ تأمین نیروی اولیه، کنترل ارتفاع و ذخیره‌سازی تجهیزات. |
| ماژول یونیتی (Unity) | ماژول اتصال آمریکایی؛ اتصال‌دهنده سایر ماژول‌ها و مسیر عبور فضانوردان. |
| ماژول سرویس روسی زوزدا (Zvezda) | اقامتگاه فضانوردان، سیستم‌های پشتیبانی حیات، کنترل جهت‌گیری. |
| ماژول کلمبوس (Columbus) | آزمایشگاه علمی متعلق به اروپا برای تحقیقات زیستی و فیزیکی. |
| ماژول کیبو (Kibo) | آزمایشگاه ژاپنی با ظرفیت انجام تحقیقات درون و بیرون از ایستگاه. |
| ماژول ترنکویلتی (Tranquility) | شامل تجهیزات تمرینی، سیستم تصفیه هوا و ماژول اتصال به Cupola. |
| ماژول کاپولا (Cupola) | پنجره مشاهده زمین و مانیتورینگ فعالیت‌های خارجی مانند ربات‌ها. |
| آرمی رباتیک کانادارم2 (Canadarm2) | بازوی رباتیک برای گرفتن فضاپیماها، کمک به نصب تجهیزات خارجی. |
| سلول‌های خورشیدی | تأمین انرژی الکتریکی برای تمام سیستم‌های ایستگاه. |
| واحدهای ذخیره‌سازی | ذخیره مواد غذایی، تجهیزات، لباس‌ها و قطعات یدکی. |
چگونه ایستگاه فضایی بین‌المللی ساخته شد؟
ساخت ISS در سال 1998 با پرتاب ماژول زاریا (Zarya) توسط روسیه آغاز شد. این پروژه عظیم در طی دو دهه با ارسال بیش از 40 مأموریت مونتاژ توسط شاتل‌های فضایی ناسا، موشک‌های پروتون و سایوز روسیه و سایر فضاپیماها از مکان‌هایی مانند پایگاه فضایی کندی تکمیل شد. ماژول‌های اصلی مانند Unity (آمریکا) و Zvezda (روسیه) در سال‌های اولیه نصب شدند و بعداً ماژول‌های آزمایشگاهی اروپا (Columbus) و ژاپن (Kibo) اضافه شدند. فرآیند مونتاژ شامل راهپیمایی‌های فضایی پیچیده و هماهنگی دقیق بین کشورهای شریک بود. تکمیل ISS در سال 2011 با نصب آخرین ماژول‌های آمریکایی به پایان رسید، اگرچه ارتقاها همچنان ادامه دارد.
همکاری جهانی در پروژه
ISS نتیجه همکاری 15 کشور از جمله ایالات متحده، روسیه، اعضای آژانس فضایی اروپا (ESA)، ژاپن، کانادا و مشارکت‌های محدودتر از برزیل و ایتالیا است. ناسا رهبری پروژه را بر عهده داشته و ماژول‌های اصلی و سیستم‌های پشتیبانی را تأمین کرده است. روسیه ماژول‌های حیاتی مانند Zvezda و سایوز را ارائه داده، درحالی‌که کانادا بازوی رباتیک Canadarm2 را ساخته است. ژاپن و اروپا با ماژول‌های آزمایشگاهی Kibo و Columbus مشارکت کرده‌اند. این همکاری با وجود تنش‌های سیاسی، مانند تحریم‌های اوکراین در سال 2014، پایدار مانده و نمونه‌ای از دیپلماسی علمی است.
نقش ناسا در ایستگاه
ناسا به‌عنوان هماهنگ‌کننده اصلی ISS، حدود 50 درصد هزینه‌های ساخت و عملیات (تقریباً 75 میلیارد دلار تا سال 2025) را تأمین کرده است. این آژانس ماژول‌های کلیدی مانند Destiny، Unity و Harmony را ساخته و شاتل‌های فضایی را برای مونتاژ و تأمین تدارکات به‌کار برده است. ناسا همچنین تحقیقات علمی در زمینه اثرات میکروشکافت بر بدن انسان، تولید مواد پیشرفته و فناوری‌های پایداری را هدایت می‌کند. برنامه تجاری ناسا با قراردادهایی با اسپیس‌ایکس و بوئینگ، ارسال فضانوردان و تدارکات را خصوصی‌سازی کرده است. ناسا قصد دارد تا سال 2030 از ISS پشتیبانی کند و سپس آن را به بخش خصوصی واگذار کند.
مأموریت‌های انجام‌شده
تا سال 2025، ISS میزبان بیش از 270 مأموریت سرنشین‌دار و بیش از 3,000 آزمایش علمی بوده است. مأموریت‌های برجسته شامل آزمایش‌های زیست‌شناسی مانند مطالعه رشد گیاهان در فضا، بررسی اثرات میکروشکافت بر استخوان‌ها و عضلات، و آزمایش فناوری‌های جدید مانند چاپ سه‌بعدی در فضا است. مأموریت‌های طولانی‌مدت، مانند اقامت یک‌ساله اسکات کلی در سال‌های 2015-2016، داده‌های ارزشمندی درباره تأثیرات اقامت طولانی در فضا فراهم کرده‌اند. مأموریت‌های تجاری، مانند ارسال ماهواره‌های کوچک (CubeSats) توسط شرکت‌های خصوصی، نیز در حال افزایش است.
بخش‌های مختلف ایستگاه فضایی بین‌المللی
ISS از مجموعه‌ای از ماژول‌های متصل تشکیل شده که به دو بخش اصلی تقسیم می‌شوند: بخش مداری آمریکایی (USOS) و بخش مداری روسی (ROS). بخش آمریکایی شامل ماژول‌های Destiny، Harmony، و Tranquility است که برای آزمایش‌های علمی و زندگی فضانوردان طراحی شده‌اند. بخش روسی شامل Zvezda و Zarya است که سیستم‌های پشتیبانی حیاتی را فراهم می‌کنند. ماژول‌های بین‌المللی مانند Columbus (اروپا) و Kibo (ژاپن) برای تحقیقات تخصصی استفاده می‌شوند. بازوی رباتیک Canadarm2 و سیستم‌های خارجی مانند پانل‌های خورشیدی و رادیاتورها نیز بخشی از ساختار هستند.
ماژول‌های روسی و آمریکایی
ماژول‌های روسی مانند Zarya (اولین ماژول، تأمین انرژی اولیه) و Zvezda (مرکز کنترل و زندگی) هسته اولیه ISS را تشکیل دادند. Zvezda امکان اقامت دائم فضانوردان را با سیستم‌های پشتیبانی حیاتی فراهم کرد. ماژول‌های آمریکایی شامل Destiny (آزمایشگاه اصلی)، Unity (گره اتصال) و Harmony (اتصال ماژول‌های بین‌المللی) هستند. Destiny مجهز به تجهیزات پیشرفته برای آزمایش‌های میکروشکافت است، درحالی‌که Tranquility سیستم‌های بازیافت آب و اکسیژن را میزبانی می‌کند. این ماژول‌ها با طراحی مدولار، امکان ارتقا و تعمیر را فراهم می‌کنند.
ماژول آزمایشگاهی ژاپن (Kibo)
ماژول Kibo، ساخته‌شده توسط آژانس فضایی ژاپن (JAXA)، بزرگ‌ترین ماژول آزمایشگاهی ISS است که در سال 2008 نصب شد. این ماژول شامل یک بخش تحت فشار برای آزمایش‌های علمی، یک سکوی خارجی برای آزمایش‌های در معرض خلأ فضا، و یک بازوی رباتیک کوچک برای جابه‌جایی تجهیزات است. Kibo برای مطالعه اثرات تشعشعات کیهانی، رشد کریستال‌های پروتئینی و آزمایش‌های زیست‌فناوری استفاده می‌شود. این ماژول همچنین امکان ارسال CubeSats به فضا را فراهم کرده و در مأموریت‌های تجاری نقش دارد.
سیستم انرژی خورشیدی ایستگاه
ISS از هشت آرایه خورشیدی عظیم با مساحت کلی 2,500 مترمربع برای تأمین انرژی استفاده می‌کند. هر آرایه تا 23 کیلووات برق تولید می‌کند که در مجموع 75-90 کیلووات توان برای سیستم‌های ایستگاه فراهم می‌شود. این پانل‌ها روی سازه خرپایی نصب شده و با چرخش خودکار، نور خورشید را دنبال می‌کنند. باتری‌های نیکل-هیدروژن (که در سال 2021 با باتری‌های لیتیوم-یون جایگزین شدند) انرژی را برای دوره‌های سایه (35 دقیقه در هر 90 دقیقه مدار) ذخیره می‌کنند. ارتقای پانل‌ها در سال‌های 2021-2024 کارایی را تا 30 درصد افزایش داد.
سیستم تهویه و اکسیژن ایستگاه فضایی بین‌المللی
سیستم پشتیبانی حیاتی ایستگاه فضایی بین‌المللی شامل تولید اکسیژن، بازیافت آب و حذف دی‌اکسید کربن است. دستگاه الکترولیز در ماژول Tranquility آب را به اکسیژن و هیدروژن تجزیه می‌کند و تا 6 کیلوگرم اکسیژن روزانه تولید می‌کند. سیستم بازیافت آب تا 93 درصد آب مصرفی (از جمله عرق و ادرار) را تصفیه می‌کند. فیلترهای زغال فعال و جاذب‌های شیمیایی دی‌اکسید کربن را حذف می‌کنند. تهویه با فن‌های پیشرفته، دما را بین 22-24 درجه سانتی‌گراد نگه می‌دارد. این سیستم‌ها برای اقامت ایمن فضانوردان حیاتی هستند.
سیستم‌های ارتباطی
سیستم‌های ارتباطی ISS شامل آنتن‌های باند Ku و S برای انتقال داده‌ها و تصاویر به زمین است. ایستگاه از ماهواره‌های ردیابی و انتقال داده (TDRS) ناسا برای ارتباط مداوم با مراکز کنترل در هیوستون و مسکو استفاده می‌کند. سرعت انتقال داده تا 600 مگابیت بر ثانیه است که امکان پخش زنده و ارسال نتایج آزمایش‌ها را فراهم می‌کند. سیستم‌های رادیویی VHF نیز برای ارتباط با فضاپیماهای نزدیک و راهپیمایی‌های فضایی استفاده می‌شوند. این سیستم‌ها با افزونگی بالا، پایداری ارتباط را تضمین می‌کنند.
مأموریت‌های فضانوردان در ISS
فضانوردان در ایستگاه فضایی بین‌المللی مأموریت‌های متنوعی انجام می‌دهند، از جمله آزمایش‌های علمی، نگهداری ایستگاه و راهپیمایی‌های فضایی. هر خدمه (معمولاً 6 نفر) به مدت 6 ماه اقامت دارند و روزانه 6-8 ساعت روی آزمایش‌ها کار می‌کنند. راهپیمایی‌های فضایی برای تعمیرات، نصب تجهیزات جدید (مانند پانل‌های خورشیدی) و آزمایش فناوری‌ها انجام می‌شود. تا سال 2025، بیش از 250 راهپیمایی فضایی با مجموع 1,600 ساعت انجام شده است. مأموریت‌های تجاری، مانند اقامت گردشگران فضایی از طریق Axiom Space، نیز در حال افزایش است.
نحوه ارسال تدارکات به ایستگاه
تدارکات ISS از طریق فضاپیماهای بدون سرنشین و سرنشین‌دار تأمین می‌شود. فضاپیماهای اصلی شامل Dragon (اسپیس‌ایکس)، Cygnus (نورthrop Grumman)، Progress (روسیه) و HTV (ژاپن) هستند. این فضاپیماها غذا، آب، اکسیژن، قطعات یدکی و تجهیزات علمی را حمل می‌کنند. Dragon و Progress می‌توانند تا 3 تن بار را به ISS برسانند و زباله‌ها را به زمین بازگردانند یا در جو بسوزانند. پرتاب‌ها از پایگاه‌های کندی (فلوریدا)، بایکونور (قزاقستان) و تانگاشیما (ژاپن) انجام می‌شوند. در سال 2024، اسپیس‌ایکس 6 مأموریت تدارکاتی به ISS انجام داد.
سفینه‌های حامل تدارکات (مانند Cygnus و Dragon)
فضاپیمای Dragon اسپیس‌ایکس با قابلیت حمل 3,000 کیلوگرم بار و بازگشت به زمین، یکی از پرکاربردترین وسایل نقلیه ISS است. این فضاپیما از سال 2012 تاکنون بیش از 30 مأموریت تدارکاتی انجام داده است. Cygnus، ساخته‌شده توسط نورthrop Grumman، تا 3,500 کیلوگرم بار حمل می‌کند، اما پس از تخلیه در جو زمین می‌سوزد. Progress روسیه با ظرفیت 2,400 کیلوگرم، علاوه بر تدارکات، سوخت ایستگاه را تأمین می‌کند. HTV ژاپن (تا سال 2020) برای حمل تجهیزات خارجی استفاده می‌شد. این فضاپیماها با سیستم‌های اتصال خودکار، ایمنی و کارایی را تضمین می‌کنند.
چالش‌های فنی و تعمیرات در مدار
ایستگاه فضایی بین‌المللی با چالش‌های فنی متعددی مواجه است، از جمله نشت‌های کوچک در ماژول‌های روسی (مانند Zvezda در سال 2021)، خرابی پانل‌های خورشیدی و فرسودگی قطعات. تعمیرات اغلب از طریق راهپیمایی‌های فضایی انجام می‌شود، مانند تعویض باتری‌ها در سال‌های 2019-2021 که نیازمند 14 راهپیمایی بود. نشت‌های اخیر در ماژول Nauka (2023) نگرانی‌هایی درباره پایداری بخش روسی ایجاد کرده است. چالش‌های دیگر شامل مدیریت زباله‌های فضایی و نیاز به ارتقای سیستم‌های قدیمی است. ناسا و شرکا با مانیتورینگ مداوم و قطعات یدکی، این مشکلات را مدیریت می‌کنند.
استفاده تجاری توسط شرکت‌ها
ناسا از سال 2019 ISS را برای فعالیت‌های تجاری باز کرد. شرکت‌هایی مانند Axiom Space برای گردشگری فضایی، NanoRacks برای ارسال CubeSats و Bigelow Aerospace برای آزمایش ماژول‌های بادی با ISS همکاری می‌کنند. اسپیس‌ایکس و بوئینگ فضانوردان تجاری را با فضاپیماهای Crew Dragon و Starliner به ISS می‌فرستند. در سال 2023، Axiom Space اولین مأموریت خصوصی با 4 سرنشین را انجام داد. این فعالیت‌ها هزینه‌های ناسا را کاهش داده و اقتصاد فضایی را تقویت کرده‌اند، اما نگرانی‌هایی درباره تجاری‌سازی بیش‌ازحد ISS وجود دارد.
آیا ایستگاه فضایی بین‌المللی بازنشسته خواهد شد؟
ناسا و شرکا قصد دارند ISS را تا سال 2030 عملیاتی نگه دارند، اما برنامه بازنشستگی در حال تدوین است. در ژانویه 2022، ناسا اعلام کرد که ISS در سال 2031 به‌صورت کنترل‌شده در اقیانوس آرام (نقطه Nemo) سقوط خواهد کرد. این تصمیم به دلیل فرسودگی سازه، هزینه‌های بالای نگهداری (4 میلیارد دلار سالانه) و تمرکز بر مأموریت‌های آرتمیس به ماه و مریخ گرفته شد. بااین‌حال، شرکت‌های خصوصی مانند Axiom Space پیشنهاد داده‌اند که ماژول‌های تجاری را به ISS متصل کرده و پس از بازنشستگی، آن‌ها را به‌عنوان ایستگاه‌های مستقل استفاده کنند.
چگونه ایستگاه فضایی بین‌المللی در مدار باقی می‌ماند؟
ایستگاه فضایی بین‌المللی در ارتفاع 400 کیلومتری با سرعت 7.66 کیلومتر بر ثانیه حرکت می‌کند و هر 90 دقیقه یک‌بار زمین را دور می‌زند. اصطکاک جوی ناچیز در مدار نزدیک زمین باعث کاهش ارتفاع (حدود 2 کیلومتر در ماه) می‌شود. برای حفظ مدار، ایستگاه از پیشرانه‌های ماژول Zvezda یا فضاپیمای Progress برای انجام مانورهای افزایش ارتفاع (Reboost) استفاده می‌کند. این مانورها هر چند ماه یک‌بار با مصرف 7,000 کیلوگرم سوخت سالانه انجام می‌شوند. سیستم‌های ناوبری و ژیروسکوپ‌ها پایداری مداری را تضمین می‌کنند.
ایستگاه فضایی بین‌المللی با فراهم کردن بستری برای تحقیقات علمی و آزمایش فناوری‌ها، اکتشافات فضایی را متحول کرده است. داده‌های به‌دست‌آمده از ISS در زمینه زیست‌شناسی فضایی، فناوری‌های پایداری و همکاری‌های بین‌المللی، راه را برای مأموریت‌های آینده به ماه و مریخ هموار کرده است. همچنین، مدل تجاری‌سازی ISS الگویی برای ایستگاه‌های فضایی آینده ارائه داده است. با وجود چالش‌های فنی و هزینه‌های بالا، ایستگاه فضایی بین‌المللی همچنان نمادی از توانایی بشر برای همکاری و نوآوری در فضا باقی خواهد ماند.
امنیت و پایداری ایستگاه فضایی بین‌المللی
امنیت ایستگاه فضایی بین‌المللی با طراحی مقاوم در برابر فشار خلأ، دماهای شدید (-150 تا +150 درجه سانتی‌گراد) و زباله‌های فضایی تضمین می‌شود. سپرهای Whipple (لایه‌های آلومینیومی و کولار) از ماژول‌ها در برابر برخوردهای میکروشهاب‌سنگ‌ها محافظت می‌کنند. مانورهای (Debris Avoidance Maneuvers) با استفاده از پیشرانه‌های Progress یا Zvezda انجام می‌شوند. سیستم‌های اضطراری مانند کپسول‌های سایوز و Crew Dragon برای تخلیه سریع فضانوردان در دسترس هستند. پایداری ایستگاه با نظارت مداوم از مراکز کنترل زمین تضمین می‌شود.
تشعشعات کیهانی و خورشیدی تهدیدی برای فضانوردان و تجهیزات ایستگاه فضایی بین‌المللی هستند. سپرهای پلی‌اتیلن در دیواره‌های ماژول‌ها و جلیقه‌های محافظ (مانند AstroRad) تشعشعات را کاهش می‌دهند. ایستگاه فضایی بین‌المللی در مدار نزدیک زمین از کمربندهای ون آلن محافظت می‌شود، اما در طوفان‌های خورشیدی، فضانوردان به ماژول‌های محافظت‌شده‌تر (مانند Zvezda) منتقل می‌شوند. حسگرهای تشعشع دز دریافتی را مانیتور می‌کنند و فضانوردان معمولاً کمتر از 100 میلی‌سیورت در 6 ماه دریافت می‌کنند، که در حد استانداردهای ایمنی است.
منبع: ابرار صنعتی
