国际空间站 （多国联合建造的特大型空间站）

简介

作为国际合作空间探索项目，国际空间站的规模庞大、系统复杂、技术先进。该站是一个微重力和空间环境下的实验室，主要面向生物学、生物医学、地球与空间科学、材料科学、基础物理等领域展开科学研究。

国际空间站的在轨建造工作始于1998年11月20日，率先发射入轨的舱段是俄罗斯建造的“曙光号”多功能舱，随后是由美国建造的“团结号”节点舱。国际空间站的在轨建设工作历时12年余，最后一个舱段——多用途后勤舱于2011年3月1日完成对接，标志着国际空间站基本完成大规模组件的在轨组装工作，进入在轨应用与维护阶段。

2022年2月1日，美国国家航空航天局（以下简称NASA）宣布，将国际空间站的寿命延长至2030年。

建造目的

国际空间站的设想最早是在1983年，美国总统里根首先提出的，在当时，“国际空间站”指的是由NASA管理并负责运营的“自由”空间站计划（Space Station Freedom，简称SSF），该计划是20世纪80年代美国战略防御计划（即“星球大战”计划）的一个组成部分，计划内容为在国际合作的基础上建造当时世界上最大的载人空间站，用意是在与苏联的太空竞赛中反败为胜。

但经历近十余年的探索和多次重新设计后，直到苏联解体、俄罗斯加盟，后世完整的“国际空间站”计划（即本词条所指的ISS计划）才于1993年完成设计，并正式开始实施。

新的ISS计划的目的则是在和平利用的前提下，开展科学研究、发展空间科学技术，迎接世界范围内航天商业化的挑战，为未来的星际和深空探测奠定基础。

研发背景

美苏太空争霸到合作

自1971年起，苏联先后向太空发射并成功投入使用了“礼炮”1号-“礼炮”7号空间站，并于1986年开始发展第三代空间站“和平号”。

作为这一历史时期的航天强国，苏联和美国都开始注重载人航天的应用，步入对空间的初步应用阶段。但在这一时期，美国在空间站领域的技术已大大落后于苏联，仅仅发射了一座“天空实验室”。

1983年，在“星球大战”计划中，美国提出以国际合作的形式建设名为“自由”的空间站（SSF，即上文所述里根总统提出的设想），但受技术复杂、费用过高以及风险过大等原因以及与苏联关系的缓和的影响，该计划最终被取消。

在国际形势的缓和，以及美苏两个超级大国之间逐渐开展实质性航天合作的背景影响下，以及航天飞机等新一代航天运载工具的出现所代表的技术发展的推动下，美苏大规模太空合作的条件已经初步具备。

美苏关系缓和的一个重要方面即表现为航天领域的接触与合作。从 1985 年开始，两国相互表达了重新启动太空合作的意愿。1987 年 4 月 15 日，两国签订《美苏关于和平探索与利用外层空间的合作协定》，声明两国将在探索太阳系、天文学、太空物理学、地球科学、太空生物学、太空医药学以及国际太空法律等领域进行合作。

1991 年 12 月 21 日，苏联解体，经济因素严重地影响了俄罗斯航天事业的发展，俄罗斯希望通过国际间的太空合作为俄罗斯航天事业的可持续发展寻求出路。而美国及其他西方国家则希望通过合作了解和获取俄罗斯在太空站运行方面积累的丰富经验和研究成果。

1993 年 9月，俄美两国签署《美俄太空合作联合声明》，强调两国将在地球轨道太空站方面合作。

美欧之间太空合作

1975 年 5 月，欧洲空间局（ESA，以下简称欧空局）正式成立。欧空局主要从事单个成员国力不能及的大型航天项目，并且，得益于欧空局的存在，西欧航天资源得到集中规划。经过 10 多年的发展，欧洲航天实力大大增强，并愈发努力谋求在国际太空发展中享有更大的话语权。1985 年 1 月，欧空局在罗马召开部长级会议，决议同意应里根总统的邀请参加美国的永久太空站计划（注：此时尚为上文所述SSF计划）。

随着NASA从SSF计划转向国际空间站计划（ISS计划），欧空局承担了国际空间站中的“哥伦布”舱建设任务。

与其他国家的合作情况

20 世纪 50 年代后半期，美苏争霸扩展到外层空间，以美苏为主导的世界太

空体系开始形成。美国的盟友——日本、加拿大等国则在美国的帮助下，进入国际太空体系，并逐渐共同形成太空体系的核心国家。

在SSF计划阶段，日本、加拿大作为美国的盟友与美、欧一同签订合作条约，并延续到国际空间站计划。

巴西从 1968 年开始正式实施航天计划，在早期发展阶段采取多元化的国际合作政策，与美国、欧洲开展合作，以积累基础性的技术和资料。在国际空间站计划提出后，巴西作为唯一的第三世界国家参与其中。

总结

经过多年波折，1993年，参与国际空间站建造计划的成员国最终确定为美国、俄罗斯、11个欧空局成员国（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。

1998年1月29日，各成员国在华盛顿签署协议，建立了合作伙伴在空间站的设计、开发、运营和利用方面的合作框架。

建造历程、分工

任务规划

国际空间站由美国、俄罗斯、11个欧空局成员国、日本、加拿大和巴西共16个国家联合建造，是迄今世界上最大的航天工程。该空间站计划装配13个增压舱，其中6个是用于科学试验的研究舱，1个是为空间站提供初始推进、姿控、通信和存储功能的多功能货舱，以及3个对接用的节点舱。最初的大体分工是：　　

• 美国研制试验舱、离心机调节舱、居住舱、节点－1舱、气闸舱、夯架结构和太阳能电池阵。　　

• 俄罗斯研制多功能货舱、服务舱、万向对接舱、对接段、对接与储存舱、生命保障舱、科学能源平台和2个研究舱。　　

• 欧洲研制试验舱、自动转移飞行器及节点舱－2、3。　　

• 意大利研制3个多用途后勤舱。　　

• 日本研制试验舱，由增压舱、遥控机械臂系统、暴露设施和试验后勤舱组成。　　

• 加拿大负责研制移动服务系统，包括空间站遥控操作机器人系统――加拿大机械臂－2、移动基座系统和专用灵巧机械手。　　

• 巴西提供一些特殊试验设备。

国际空间站原定2003年竣工，但是由于技术、资金和合作中的相互牵扯等原因，尤其是2003年2月1日的“哥伦比亚”号失事导致航天飞机无法定期发射，所以该计划一再推迟，最终于2011年基本完成大规模组件的在轨组装工作，进入在轨应用与维护阶段。

发展阶段

先期准备阶段

在国际空间站开始建造以前，美国和苏联（俄罗斯）首先完成了两国之间的太空对接技术验证工作。首先基于“阿波罗”飞船和“联盟”飞船进行了两次空间交会对接试验，此后又完成了航天飞机-“礼炮”号空间站的九次对接。这些对接任务解决了因美、苏两国此前在各自航天器的对接机构上所使用技术的不同而造成的对接问题，为国际空间站的建设完成了最基本的技术验证。

在早期准备阶段，各国对自身原有的空间站计划均进行了一定的调整，如俄罗斯将原本为“和平-2”空间站准备的舱段调整为国际空间站的舱段，欧空局在SSF计划中原定负责的部分也调整并延续到了国际空间站的“哥伦布”舱段。

在轨建设阶段

国际空间站完整的在轨建设过程则大致分为三个阶段：

• 第一阶段（1998-2000年）的任务是完成初期建设，目标是建立空间站的核心部分,使空间站拥有初始的载人能力(3人)。

首个组件“曙光号”功能货舱于1998年11月成功发射，随后于1998年12月发射了“团结号”节点舱、2000年7月发射了“星辰号”服务舱。2000年10月，首批3名航天员进驻SS,并开始协助空间站的后续建造工作。

• 第二阶段（2000-2011年）是主要的装配阶段，主要任务是完成空间站主要大型组件的组装工作，达到6~7人长期在轨工作的能力。

在这一阶段，美、俄两国利用航天飞机、火箭和飞船等运载工具将组件发射入轨，主要大型组件由28次发射任务运往空间站。

• 第三阶段（2011年起）是国际空间站的在轨应用和维护阶段，主要任务是充分利用空间站的研发能力，进行科学研究、验证新技术、定期开展在轨维护，同时也陆续开发和部署新舱段，进一步扩展空间站在轨能力。

各主要舱段建造顺序与基本信息

组成国际空间站各舱段的发射时间、与空间站的对接时间，及其负责国家与发射工具如下表所示：

组成和布局

总体结构形式

国际空间站的总体设计采用桁架挂舱式结构，即以桁架为空间站的基本结构，将各舱段和其它各类服务设施挂靠在桁架上，形成桁架挂舱式空间站，其总体布局如图“国际空间站总体结构”所示。

国际空间站以集成桁架结构（ITS）为核心结构，它用来安装各舱段、太阳能电池板阵列、热辐射器、移动服务系统及站外暴露试验设施等。ITS由十个独立的部分组成，形成一个108.5米（356英尺）长的结构。

在此基础上，承载以下五类数个舱段和两类其他结构，构成了国际空间站的完整构型：

1. 居住舱。它主要用于航天员的生活居住，其中包括走廊、厕所、淋浴、睡站和医疗设施，由美国研制并建造。

2. 服务舱。它内含科学仪器设备等服务设施，也含一部分居住功能，由俄罗斯研制并建造。

3. 多用途货舱。它内设有航天员生命保障设施和一部分居住功能（如厕所、卫生设施等），以及电源、燃料暂存地等，舱体外部设有多向对接口，由俄罗斯研制并发射。

4. 实验舱。由各成员国研制并建造，承担空间站内的各项实验任务。其中日本负责的希望号实验舱还含有一个舱外平台，可以用于对空间环境直接接触实验。

5. 节点舱。是连接各舱段的通道和航天员进行舱外活动的出口。此外，节点1号舱还可作为仓库，用于存储；节点2号舱内有电路调节机柜，用于转换电能，供国际合作者使用；节点3号舱为空间站的扩展留有余地。

6. 能源系统和太阳能电池帆板。由美国和俄罗斯两国负责建造。

7. 移动服务系统（Mobile Servicing System，简称MSS）。它的功能是在空间站周围移动设备和用品，支持在太空中工作的宇航员，并为连接到国际空间站的仪器和其他有效载荷提供服务，并用于外部维护。

舱段详情

国际空间站大体分俄罗斯部分与美国部分，最早发射入轨的两个舱段——曙光号货舱（俄）与团结号节点舱（美）对接后，两部分分别以两个舱段为基础进行建造。以下为各组成单元的简介：

国际空间站的分解图如下：

舱外设备

除各主要舱段外，国际空间站的集成桁架上还有为数众多的太阳能电池板阵列及各种结构。

空间站的外部桁架结构上还有一个“移动服务系统”（Mobile Servicing System 简称MSS），它不属于空间站的舱段，但同样是一个重要的构件。它由移动基座和大型机械臂构成。移动基座可以沿着空间站桁架上的轨道在空间站上移动，其上装有“特殊用途机械臂”（SPDM，因由加拿大制造，也称“加拿大臂”）和“空间站远程操纵器系统”（SSRMS）。移动基座为5.7米*4.5米*2.9米的平台，SPDM长3.5米，最大直径0.88米，SSRMS长17.6米，最大直径0.36米。该系统的最大载荷为116吨，在空间站组装和维护中发挥着关键作用：它能在空间站周围移动各类设备和载荷，支持在太空中工作的宇航员，并可用于连接国际空间站的仪器和其他有效载荷，例如空间站太阳能板的安装、维护，以及捕获并帮助无人飞船与空间站完成对接等。

2021年，俄罗斯使用质子M运载火箭，发射了国际空间站的又一个机械臂，称为“欧洲机械臂”，长11.3米，承载能力8吨。

运营情况

发射载具

用于建造国际空间站和用于人员/物资运输的航天器包括：

• 美国航天飞机

• 俄罗斯“进步”号货运飞船

• 俄罗斯“联盟”号载人飞船

• 日本HTV货运飞船

• 欧洲ATV货运飞船

• 美国“龙”飞船

• 美国“天鹅座”飞船

用于执行空间站发射任务的火箭包括：

• 美国航天飞机

• 美国“猎鹰9号”运载火箭

• 美国“安塔瑞斯”运载火箭

• 俄罗斯“质子”运载火箭

• 俄罗斯“联盟”运载火箭

• 日本“H-ⅡB”运载火箭

• 欧空局“阿里亚娜5”运载火箭

2011年，美国航天飞机退役，此后数年间，国际空间站的载人往返任务一度只能依靠俄罗斯的“联盟”载人飞船完成，直到2021年，SpaceX公司的“龙”飞船与国际空间站完成对接并运送四名航天员到达。

发射基地

• 肯尼迪航天中心

位于美国佛罗里达州卡纳维拉尔角，是美国航天飞机的发射基地和着陆场，也是猎鹰九号发射“龙”飞船的发射基地。

• 拜科努尔航天发射场

位于哈萨克斯坦，是俄罗斯联盟号和质子号火箭的发射基地。

• 圭亚那航天中心

位于南美洲东北部的法属圭亚那，最初由法国国家空间研究中心创建，由法国航天局和欧空局共同资助和使用，作为阿里亚娜5号运载火箭的发射场。

• 种子岛宇宙中心（TNSC）

位于日本鹿儿岛县南部，种子岛东南海岸，是日本最大的火箭发射场，用于发射H-Ⅱ运载火箭。

管理和控制中心

• 美国宇航局总部

位于美国华盛顿特区，负责管理NASA各领域中心、制定管理政策、评估国际空间站计划项目的各个阶段。

• 约翰逊空间中心

位于美国休斯顿，运营美国在轨部分（USOS），并与国际合作伙伴控制中心密切协调管理整个空间站的活动。

• 马歇尔空间飞行中心

负责控制美国实验的运行并协调合作伙伴国的在轨实验。

• 远程科学支持中心

是空间站上科学实验的远程支持中心而不涉及空间站本体的运营，分别位于位于马歇尔空间飞行中心、埃姆斯研究中心、约翰逊空间中心和格兰研究中心。

• 莫斯科任务控制中心

位于莫斯科郊外的科罗廖夫，是俄罗斯最主要的国际空间站计划计划相关机构，负责俄罗斯载人空间飞行活动控制和国际空间站上俄罗斯部分的运行。

• 欧洲空间研究与技术中心

位于荷兰的诺德韦克，是欧空局最大的机构，是欧洲空间活动的测试中心和枢纽。它负责欧空局空间项目的技术准备和管理，并为欧空局正在进行的卫星、空间探索和载人航天活动提供技术支持。

• 哥伦布控制中心和自动转移飞行器控制中心

前者位于德国奥伯法芬霍芬（慕尼黑附近），后者位于法国图卢兹。二者共同负责控制和运行国际空间站中的欧洲项目。前者负责控制和运行空间站上的哥伦布研究实验室、协调欧洲实验载荷，后者负责控制和运行欧洲的ATV飞船。

• 用户支持和运行中心

是欧洲各国在各自国家空间中心中建有用户支持和运行中心，这些中心负责空间站欧洲载荷的使用和布置。包括法国、意大利、德国、比利时、西班牙、丹麦、瑞士、荷兰等国家均有相关的运行中心。

• 移动服务系统（MSS）运行综合中心

位于加拿大魁北克省圣休伯特，是负责空间站上MSS系统设计建造、运行、控制和人员培训的运行中心。

• 有效载荷远程科学操作中心

支持在轨加拿大有效载荷的实时运行。

• 日本实验舱任务控制中心

位于日本茨城县筑波市，负责日本设备的运行。

宇航员培训基地

美国约翰逊航天中心

俄罗斯加加林宇航员培训中心

欧洲宇航员中心

加拿大移动服务系统 （MSS） 运营综合体

日本筑波航天中心

发射次数

⁢⁢​⁡​​⁢‬⁢‍⁤​在国际空间站的建设运营过程中执行了37次航天飞机发射任务，83艘进步号货运飞船（包括为舱段建设特别改装的几艘），63艘联盟号载人飞船，5艘欧洲ATV飞船，9艘日本HTV飞船，1艘波音“星际”飞船，30艘SpaceX“龙”飞船（载人和无人）和18艘天鹅座飞船。⁢‬‍​⁤‍‌

⁤驻站人员​⁣​​‍​‍‬⁢‬⁢‍‍​‌

自从2000年11月，宇航员首次抵达国际空间站时起，国际空间站内始终保持有宇航员驻站，截至2022年底，国际空间站的累计在轨工作时间已经超过8100天。在这8000多天中，有来自20个国家的263名宇航员抵达了国际空间站，其中美国宇航员最多，为161人，其次是俄罗斯56人、日本11人、加拿大9人、意大利5人、法国4人、德国4人，其余比利时、巴西、丹麦、英国、哈萨克斯坦、马来西亚、荷兰、南非、韩国、西班牙、瑞典和阿拉伯联合酋长国各有1人。

空间站的每个乘组最多为6人，以“远征”（expedition）为名，到2022年底，已经轮换到第68个乘组，即远征-68，成员列表为：Frank Rubio、Dmitri Petelin、Koichi Wakata、Josh Cassada、Nicole Mann、Sergey Prokopyev、Anna Kikina。

到2022年底，国际空间站成员已经执行了257次出舱行走任务，累计舱外行走超过1500小时，其中美国宇航员193次，俄罗斯宇航员65次。

特别记录

• 到国际空间站工作次数最多的人是俄罗斯宇航员马连琴科·尤里·伊万诺维奇（МАЛЕНЧЕНКО Юрий Иванович）和尤尔奇欣·费多尔·尼古拉耶维奇（ЮРЧИХИН Фёдор Николаевич），5次前往国际空间站。

• 在国际空间站上工作时间最久的男/女性宇航员分别是斯科特·凯利和克里斯蒂娜·哈莫克·科赫，分别是超过了340天和328天。

• 太阳能电池阵列翼展（109米）比世界上最大的客机空中客车A380（80米）和最长的客机波音747都更长。

• 国际空间站可以同时与8艘飞船或航天飞机对接。

• 国际空间站已经进行了来自108个国家的超过3000项实验任务，其舱外可以同时装备20多种不同的研究有效载荷，包括地球传感设备，材料科学有效载荷，阿尔法磁谱仪-02等粒子物理实验仪器。

• 空间站的内部加压容积与一架波音747客机相当。

后续规划

国际空间站从1998年开始进行组装任务。多年来，各成员国一直在合作维护和升级国际空间站。但该站的技术寿命受到主要结构的限制，包括模块、散热器和桁架结构。主要结构的寿命受动态载荷（如航天器对接/脱离）和轨道热循环的影响，已经接近寿命期限。

2022年2月1日，美国国家航空航天局（以下简称NASA）宣布，将国际空间站的寿命延长至2030年。届时国际空间站将受控重返大气层，经过烧蚀之后坠入南太平洋的尼莫点（是地表上距离各大陆最远的位置，又称“卫星坟墓”）。

在退役前的最后几年中，国际空间站将逐渐加强与商业航天的联系，美国宇航局总部国际空间站主任罗宾加滕斯说：“第三个十年是成果之一，建立在我们成功的全球伙伴关系的基础上，验证探索和人类研究技术，以支持深空探索，继续为人类带来医疗和环境效益，并为低地球轨道的商业未来奠定基础。我们期待在2030年之前最大限度地提高空间站的这些回报，同时计划过渡到随后的商业太空目的地。”

其他

由于巨大的太阳能板可以将太阳光反射向地面，在日出和日落时刻前后，人们可以在地面用肉眼观测到国际空间站的飞掠，它以一个缓慢移动的明亮白点出现，此时空间站仍然能反射充足的阳光，但天空较暗，夜空中的国际空间站会很好观察到。由于太阳能板面积极大，国际空间站是亮度最高的人造天体。

而在太阳-国际空间站-地球三者位于一条线上时，会出现“空间站凌日”的现象。

注释

空间站是一种能在轨道上长期运行、具有一定科学技术试验能力或生产能力的有人居住航天器。

此处指美国、欧洲等西方阵营内的国际合作

本条基于空间站的空间顺序列表，而非建设时间

为描述各舱段对接位置，本条首先以俄/美对接点为基准，则对于两侧的舱段而言，以朝向该点的方向称为前端，远离该点的一侧成为尾端。另外，本条将朝向地球的一侧称地球侧，相反一侧称太空侧。