空间站是怎么建造的

     国际空间站（英语：International Space Station，缩写ISS；俄语：Междунаро́дная косми́ческая ста́нция，缩写为МКС）是目前在轨运行最大的空间平台，是一个拥有现代化科研设备、可开展大规模、多学科基础和应用科学研究的空间实验室，为在微重力环境下开展科学实验研究提供了大量实验载荷和资源，支持人在地球轨道长期驻留。国际空间站项目由16个国家共同建造、运行和使用，是有史以来规模最大、耗时最长且涉及国家最多的空间国际合作项目。自1998年正式建站以来，经过十多年的建设，于2010年完成建造任务转入全面使用阶段。目前，国际空间站主要由美国国家航空航天局（NASA）、俄罗斯国家航天集团（Roscosmos）、欧洲航天局（ESA）、日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）和加拿大空间局（CSA）共同运营。

     国际空间站从开始建造到现在，截止至2010年，累积投入高达1551亿美元，其中美国1311亿$（直接投入724亿$，航天飞机费用587亿$），俄罗斯120亿$，欧空局50亿$，日本50亿$，加拿大20亿$。 在这20 年来，国际空间站上一直有着宇航员在上面驻扎。ISS宇航员平均每人每天花费750万$。 

国际空间站上共有240名男女在这个重达420吨的空间站上工作过。国际空间站以每小时约27700多公里的速度掠过地球，每天绕地球运行16圈。空间站长约109米，包括6个睡觉的地方，两个厕所和一个健身房。最受欢迎的地方是由欧洲空间局建造的穹顶舱（Cupola），直径约2米，高1.5米，设有6个周边窗和1个天窗。穹顶舱能提供360度的视野，使宇航员能够直接观察机械臂操作和已泊接的航天器，还可以远眺地球，凝视正在聚集的风暴，以及太阳的升起。

从1998开始建造到2005年建造完成，组装完成后的国际空间站将作为人类科学研究和开发太空资源的大型航天器，为人类提供一个长期在轨运行的可以执行对地观测和天文研究的平台。共设计建造有6个实验舱(美国1个、俄罗斯3个、欧空局1个、日本1个)，1个俄罗斯建造的居住舱(包含有卧室、洗手间、厨房)，内部空间达到了1200m³，环境为一个标准大气压。2个节点连接舱和其他的运输系统和服务系统共计13个舱段。国际空间站里面的服务设施还是很多的，包括淋浴室、健身房、电影院等。

整个国际空间站建成后成为一个长73米、宽 108米，重达420吨的庞然大物。如果把国际空间站放在地面上，占地面积至少相当于一幢有9个单元、高24层的楼层。设计寿命15年，最多可以容纳15人同时居住和生活。总投资超过了1100亿美元，其中光空间站的建设成本就高达500亿美元。其中又以俄罗斯和美国为主要核心，俄罗斯负责整个空间站的框架和基础设施，包括轨道舱和居住舱等在轨飞行的必要舱段的研制和发射任务，美国主要负责框架上的科研舱段的研究和发射以及后期的国际空间站运营任务。其他的包括加拿大制造的用于抓取联盟飞船、航天飞机、等航天器的大型机械臂，以及欧空局和日本、巴西研制的一些科研舱室。

国际空间站作为人类迄今为止发射过的最大的航天器，为人类的发展提供了不少的帮助，包括外太空的星际穿越和未来人类星际航行等一些远大项目提供了先前基础条件。不过国际空间站的设计寿命只有15年，再加之多次出事和一些其他问题后，最迟十年后就要退役了，退役的方式很可能和其他航天器一样坠入大气层烧毁。

未来最有可能的接替者就是我国计划明上半年年由长征5B发射入轨开始建造并计划于2022年建成的中国空间站(不过受长5火箭的影响首飞时间可能要推迟到明年下半年或者2020年上半年)，虽然规模没有国际空间站大，重量也只有90吨左右，但是其意义深远重大。

国际空间站由16个国家太空机构合作开发，它能够在400千米的高空以每小时27000千米的速度飞驰，是人类制造出的最昂贵的物品。国际空间站可以说是一种特殊的研究实验室，能够容纳六个人在其中生活，NASA称之为“人类进行的最复杂的科学和技术 探索 ”。

空间站内的宇航员在太空中生活和在地面上总有一些不一样的体验。比如大多数食物都是装载真空密封的容器中，被宇航员煮过后，才是相对正常的食物。宇航员吃东西也需要非常小心，遗留下一点点事物，都有可能进入空气过滤设备中，从而引发故障。

太空的微重力环境可能对宇航员的 健康 造成影响，比如肌肉和骨质的长期退化等等。国际空间站也有预防这一问题的设备，包括模拟重力训练来锻炼肌肉的设备，还有跑步机，宇航员必须拿弹力绳把自己绑在机器上才能跑步。

国际空间站由多个太空舱组成：

“星辰号”服务舱（Zvezda） 这个舱也叫作DOS-8舱。它由俄罗斯制造，是第三个组装到空间站的太空舱。“星辰号”加入后，空间站才能供人居住。“星辰号”中有氧气过滤装置、先进的通信系统、睡眠区、卫生间以及健身设备，还有用于调整轨道的引擎。

“哥伦布号”实验舱（Columbus） 该实验舱有欧洲航天局制造，被用于进行各种研究活动。该实验舱和ISS几个其他部分共同为综合设备平台——国际标准载荷架（international standard payload rack）的安装提供支持。自发射以来，该实验舱中又增加了好几个组件。

“命运号”实验舱（Destiny） NASA制造的这一实验舱包含一系列生命支持和科学研究系统。和“哥伦布号”类似，“命运号”的载荷架可以被重新配置以用于进行新的实验。它最著名的特点是设有一个51厘米宽的纯光学窗，通过这个窗口，空间站的宇航员已经拍摄到了许多极具科研价值的地球的照片。

穹顶舱（Cupola） 在这一观测舱中可以用360度的视角看地球，同时也可以透过80厘米宽的主窗看到地球，这是人造宇宙飞船中用过的最大的窗户了。宇航员可以在穹顶舱内检查空间站外部进行的工作，同时观察对接飞船的到达和脱离。

“希望号”服务舱（Kibo） 它的正式名称是“日本实验舱”，主要用于进行科研，在2008年加入了空间站。在太空站内部和大片的外部区域，也就是所谓的“暴露设施”（Exposed Facility），“希望号”都在进行着一系列重要的实验。“希望号”是至今为止最大的太空舱。

这些舱当然是分批次被送上太空然后被组装到一块儿的。

至于在太空生活和工作是什么感觉？Expedition 18飞行工程师Sandra Magnus撰写了一系列有关她在国际空间站上停留的日记。她指出了一个重要的事情：当地许多人提前（实际上是几年）计划了一个宇航员的日子。“我们在船上有一个调度计划，里面有我们需要知道的所有细节，以便做一天的工作。它告诉我们什么时候应该睡觉，什么时候应该起床，什么时候我们应该运动什么时候吃我们的饭菜，何时以及我们需要做什么信息来做我们的任务“。虽然这听起来非常严格，但马格努斯指出，有一些灵活性，并不是每项任务都必须在时间表规定的确切时间进行。

微重力提供了一个充满挑战的环境。无论你是睡觉，换衣服还是工作，除非它固定到位，否则你周围的国际空间站内的一切都会浮动。即使是早上起床和穿衣服这样看似简单的事情也不是那么简单。想象一下，打开你的衣柜只是让它的内容飞向你。在早上做好准备时，马格纳斯说，“当我取下我的PJ时，他们在船员宿舍里漂浮，直到我把它们收起来并立即将它们固定在乐队或其他东西后面。我只想说它很容易丢失事情在这里！“

醒来后，每个宇航员都有一个睡眠后的时间来为这一天做准备。在此期间，宇航员可以淋浴，吃饭，锻炼和准备工作。锻炼很重要在微重力中，骨骼失去钙质，肌肉减少质量。因此，宇航员必须锻炼一定时间。Magnus喜欢在早上第一件事，每天在固定自行车和跑步机之间交替。接下来，有一个早上的会议，他们与船员和地面管理员讨论每个人当天的职责。会议结束后，他们开始工作。

对于工作，宇航员进行实验或维护。像大多数劳动人民一样，他们停下来吃午饭 - 但他们的午休时间有点不同。国际空间站上的食物主要是冷冻，脱水或热稳定，饮料脱水。宇航员收集食物托盘和器具，从储藏室中找到他们单独包装的食物，准备物品（必要时补充水分），加热物品，将它们放入托盘中并进食。用餐后，他们将用过的物品放入垃圾压实机中，清洁并存放餐具和托盘。

午餐后，预定的活动继续进行。在工作日结束时，会有一个晚会，然后是2小时的睡前期。在此期间，宇航员吃晚餐，完成任何未完成的任务并放松。根据Magnus的说法，有很多选项可以填补这2小时的时间，“还有电子邮件，电话，新闻，照片和其他活动占据这个时间。星期五是电影之夜，有时也是星期六”。

2017年的时候，谷歌地图更是将其街景服务扩展到了国际空间站，这对于一辈子都没机会登上空间站的人，通过谷歌街景服务就可一睹国际空间站内部构造，甚至还有宇航员工作的点点滴滴，绝对是一大福利。

其实对于空间站，大多数人都想象过在失重的环境里如何生活。但其实，很少有人真的知道空间站里的资源到底是怎样循环利用，资源短缺了又该如何补给，还有从太空俯瞰地球到底是何种景象。

大航海时代已经过去了好几个世纪，随着 科技 的发展、文化的普及，人们普遍接受了自己处在无穷空间中的一个小小星系里的小小恒星上这一既定事实，可这并不会使我们停止对太空的 探索 。

对于国际空间站而言，其实还在不断改建之中，从舱体框架到传感器电池，都是随时在变化中的，由航天飞机携带组件送到舱内，再由舱内科学家们进行组装改造，不断地提高舱体的功能，据说这样的改建将一直持续到2030年太空站退役为止。

而此次谷歌推出的国际空间站街景就是为了方便更多的好奇者，其街景所用图片皆由宇航员亲自拍摄，而近段时间街景图片采集恰好赶上Space X货运飞船停靠国际空间站，于是让更多人看到了空间站的改建材料还有宇航员生存资源补给是通过货运飞船实现的。

据谷歌街景地图显示，国际空间站里面并不宽敞，各种设备显示器充斥其中。为了让大家看的更明白，一向注重用户体验的谷歌也做出了详细注解，这其中就包括宇航员的食物种类、空间站内完成的实验记录等等，可以说相当的详细。

而这也让宇航员托马斯发出了感慨：这给了普通人与我们宇航员一起共同遨游太空的绝佳机会。不过笔者想说的是，国际空间站可真够乱的，不过能从地图上一睹其风采，还是相当有吸引力的。

11月2日是第一批宇航员登上国际空间站（ISS） 20周年的纪念日。从那时起，这座近地轨道上运行的人造设施就一直有人类居住。

在太空环境下连续运行20年，使国际空间站成为了解地球以外人类如何生活的理想“自然实验室”。这是一项由25个空间机构和组织之间的合作成果，截至目前，国际空间站已经接待了241名宇航员和来自19个国家的少数游客，这些人在所有去过太空的人当中约占43%。

人类的雄心壮志并不止于空间站，在不久的将来，我们或许能见证月球和火星任务的实施。而在此之前，了解人类需要做哪些准备，才能在遥远、危险和封闭的环境中正常生活是很重要的。在太空深处，没有回家的捷径。

轨道居住地简史

在美国作家爱德华·埃弗雷特·希尔（Edward Everett Hale）于1869年发表的小说《砖月》（Brick Moon）中，第一次出现了虚构的空间站。在这个直径60米、由砖砌成的砖月内部，具有13个球形的生活舱。

1929年，赫尔曼·诺登（Hermann Noordung）提出了环状空间站的理论，这种空间站可以通过旋转来创造“人工”重力。20世纪50年代，火箭科学家韦恩赫尔·冯·布劳恩（Wernher von Braun）支持了旋轮空间站的想法，1968年的经典电影《2001太空漫游》中所出现的空间站便是这样的设计。

不过，真正的空间站不是球体，也不是旋转的圆轮，而是圆柱体。第一个空间站是苏联在1971年的“礼炮1号”（Salyut 1），接下来的十年中，“礼炮号”计划又陆续建立了6个空间站。1973年，美国发射了第一个空间站“天空实验室”（Skylab）。所有这些空间站都是管状结构。

苏联在1986年发射的和平号（Mir）空间站是第一个以核心模块建造的空间站，后来又添加了许多功能模块。1998年，当国际空间站的第一个模块发射时，和平号空间站还在轨道上。2001年，和平号在废弃后，受控坠落大气层并解体。存留下来的部分可能沉到了5000米深的太平洋海底。

国际空间站现在由16个模块组成：4个俄罗斯模块、9个美国模块、2个日本模块和1个欧洲模块。它的内部面积相当于一栋五间卧室的房子，有6名常规机组人员，每次工作6个月。

适应太空生活

苏联的尤里·加加林（Yuri Gagarin）在1961年进行了环绕地球的飞行，证明人类可以在太空中生存。当然，长时间生活在太空中是另一回事。

目前的空间站不会旋转，也不能提供重力。在空间站里没有高低之分。如果你放开一个物体，它就会飘走。宇航员们每天的活动，如饮水或洗漱等，都需要事先计划。

空间站内安装了许多充当“重力”点的工具，以扶手、带子、夹子和尼龙搭扣的形式来保护人和物体，使其固定而不飘走。

为了帮助宇航员确定方位，在俄罗斯模块中，面向地球的表面（“向下”）设计成了橄榄绿色，而背向地球的墙壁和表面（“向上”）则是米色的。颜色在其他方面也很重要。例如，美国的“天空实验室”就十分缺乏色彩，以至于宇航员们经常盯着用于校准摄像机的彩色卡片，以打破单调的氛围。

在电影中，空间站通常是整洁干净的，但现实却并非如此。国际空间站也会有臭味，嘈杂、脏乱，充斥着脱落的皮肤细胞和碎屑。这就像一个可怕的合租房，只不过你不能离开，必须一直工作；而且没有人能睡个好觉。

不过，空间站生活也有一些好处。穹顶舱是欧洲空间局建造的国际空间站观察台组件。在那里，你会看到可能是人类所能看到的最美好的景象：空间站经过地球时的180度全景图。

“迷你世界中的迷你 社会 ”

宇航员们用各种各样的物品来表示他们在这个“迷你世界”——1972年的一份报告中以此来形容国际空间站——中的身份。未被使用的墙壁空间就像我们家里的冰箱门一样，被个人和团体意义上的物品所覆盖。

在俄罗斯部分的星辰号（Zvezda）服务舱，东正教的圣像和康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基和加加林等太空英雄的照片营造出一种 历史 的归属感，以及与故乡的联系。

食物在人际关系中扮演着重要的角色。分享食物、庆祝节日和生日的仪式有助于在不同国家和文化背景的宇航员之间建立友情。

不过，太空生活也不是一帆风顺的。2009年，厕所曾一度成为国际冲突的根源之一，当时的决定意味着俄罗斯机组人员被禁止使用美国的厕所和运动设备。

在这个“迷你 社会 ”中，技术不仅仅与功能有关，还在 社会 凝聚力方面发挥着作用。

未来的太空生活

国际空间站的运营成本非常昂贵。仅美国国家航空航天局一年的花费就高达30亿到40亿美元，而在许多人看来，这并不值得。如果没有更多的商业投资，国际空间站可能会在2028年脱离近地轨道，坠入大气层并在海底与和平号空间站会合。

空间站的下一个发展阶段很可能发生在绕月球的轨道上。“月球门户”（Lunar Gateway）项目是由美国国家航空航天局领导的一组太空机构计划，其规模将小于国际空间站。机组人员每次将在空间站上生活一个月。

“月球门户”的模块以国际空间站的设计为基础，将在未来十年发射到月球轨道。在初步设计中，“月球门户”有4个可扩展的乘员舱，在给予宇航员更多空间的同时，他们睡觉、锻炼、上厕所和吃饭的地方之间距离更近。

国际空间站的工作人员很喜欢即兴的视觉表现，在未来的太空居住地中，希望宇航员们也能经常向我们展示类似的太空生活场景。

在一些国家的流行文化中，国际空间站已经变成了圣诞老人的雪橇。近年来，越来越多的父母会在平安夜时带孩子到户外，观看从头顶飞过的国际空间站。

国际空间站塑造了20世纪和21世纪的太空文化，象征着冷战后的国际合作。对于如何在太空生活，国际空间站还有很多东西要教给我们。（任天）

审核专家：钱航

中国运载火箭技术研究院

总体设计部型号设计师

北京时间4月29日11时许，中国在文昌航天发射场用长征五号B遥二运载火箭发射了空间站天和核心舱。

天和核心舱是中国发射的 首个空间站舱段 。中国空间站整体呈T字型，基本包括天和核心舱、问天实验舱和梦天实验舱3个舱段。天和核心舱全长16.6米，最大直径4.2米，发射质量22.5吨，是未来空间站的管理和控制中心。

中国航天 科技 集团五院空间站系统总体主任设计师张昊表示，天和核心舱的密封舱内有 工作区、睡眠区、卫生区、就餐区、医监医保区和锻炼区 六个区域。在保障航天员的独立睡眠环境和专用卫生间之外，核心舱内还有微波炉、冰箱、饮水机、折叠桌、太空自行车、抗阻拉力器等家具和健身器材，工作生活空间约50立方米，未来还能够达到110立方米，不得不说这配置有点让人羡慕了。

你是不是也和我一样好奇，在如此高配的空间站和核心舱中，宇航员是如何吃饭上厕所的？他们平时都干什么？从太空看到的地球是什么样子？

下面我们就以国际空间站为例，看看宇航员们的生活吧！

在国际空间站上，航天员们也是实打实的“打工人”。每天工作9小时，每周大约会花费40小时进行科学研究和空间站的维护。

科学研究 是宇航员们的主要任务之一，在国际空间站开展的科学研究分为若干学科，包括生物学与生物技术、地球与空间科学、教育活动与推广、人类研究、自然科学等。

观察地球和浩瀚的宇宙可能是最惬意的事儿，国际空间站拥有七个窗户的穹顶舱为科学家们观察记录地球提供了绝好的视角。

上图：美国国家航空航天局（NASA）宇航员特蕾西·考德威尔·戴森透过国际空间站穹顶仓上的一个窗口，观察云层在地球海洋上空的运动。

来源 | NASA

站在地面仔细观察夜空，你会看到一颗缓慢移动的星星，那有可能就是国际空间站了。虽然在你的眼里它行动缓慢，但实际上国际空间站每 92.65分钟 就能环绕地球一圈。也就是说，从晨辉到夜幕宇航员一天可以看到16次。

除了日升日落，宇航员们还能看到此起彼伏的闪电，美丽的极光震人心魄，从空间站望去可怕的台风只是一个旋涡，火山爆发看起来就像一朵刚冒出来的蘑菇。

宇航员们可借助空间站上先进的相机和镜头来拍摄地球影像。通过宇航员拍摄的照片，我们得以从全新的视角去了解我们的星球，还有气候变化、人类活动对地球环境的影响。

在微重力环境下宇航员无法正常行走，移动身体时像是在“游泳”。放开一个物品就会飘走，为了固定物品，空间站内安装了许多扶手、带子、夹子和尼龙搭扣。

失重环境下会产生 骨质疏松 等病症，所以，航天员们每天要进行两个半小时左右的锻炼，避免微重力环境导致的骨质流失和肌肉萎缩。

为了更好地研究微重力环境对人体的影响，尤其是长期滞留宇宙对人体的影响，航天员们会定期为自己做B超、测身体各项指标，冷藏尿液和血液样本以供科学研究。

失重环境下，液体呈完全球形漂浮在空中。所以，在空间站喝水是不用杯子的，而是通过吸管喝复合塑料膜袋包装好的水或饮料。

为了防止食物残渣漂浮，有些食物也是用复合塑料膜袋包装好的，宇航员要把塑料膜袋剪开一个口，然后再拿餐具伸进去吃。当然，也有一些宇航员喜欢特立独行，比如下面这位

虽然在空间站吃东西的方式有点特别，但食物进入嘴巴后和在地球上吃饭并没有什么区别。因为吞咽的过程并不是靠重力，而是 依靠食道周围的神经感觉到食团的存在而引发蠕动 ，把食物送进胃里。

为了节省空间并保证食物的营养，携带上飞船送至空间站的食物一般都是轻质量、体积小而高营养的食物，例如压缩、特制、冷冻的食品，当然也会有水果之类的生鲜食品。

而且，宇航员们在空间站还能吃到新鲜的蔬菜。早在1997年，国际空间站中就开始进行太空农业，多年来，种出了 番茄、生菜、萝卜 等十余种蔬菜。

这一方面丰富了宇航员的饮食，另一方面也为科学研究生长出样本，让科研人员更好地了解植物在微重力环境下的反应。

众所周知，水、食物与氧气是人类生存所需的三大必要条件。搞清楚了宇航员的食物，我们再来看看空间站上的水和氧气从哪里来的？

空间站一般服役十年以上，如果通过地面运送氧气成本高昂，并不现实。因为每往空间站运送一公斤物资，成本比等重的黄金要贵得多，可以算是“最贵配送费”。

于是，美国航空航天局设计了一个 氧气制造系统 （又称OGS） 通过电解水的方式就可以满足宇航员生活中所需氧气。

“电解”是指让电流通过含有离子液体或溶液而使其化学分解这一过程。因此，电解水即是指让电流通过水 （这里的电能主要来自于空间站外部的光伏板） ，让水分解成其基本化学成分——氢气 （H2） 与氧气 （O2） 。

除此之外，空间站还有加压氧气瓶和固体燃料罐产生氧气，以备不时之需。

那么国际空间站上的水又是怎么来的呢？

前国际空间站宇航员Don Pettit有个精妙的比喻——昨天的咖啡变成了明天的咖啡。想必你已经明白了国际空间站上的水是从哪里来的了……

虽然听起来很恶心，但宇航员们对尿液过滤成饮用水已经习以为常了，因为携带水资源的成本实在是太高昂。

说到这里，你是不是很好奇宇航员们在空间站是如何上厕所的？

空间站也有马桶，去年美国国家航空航天局 （NASA） 斥资2300万美元为国际空间站的宇航员升级了一款太空马桶，堪称史上最贵马桶。

不同于地球上的马桶，空间站的马桶不是用水冲，而是利用 空气压力 吸走排泄物 （原理和吸尘器差不多） 。这是因为，在微重力的环境下马桶的设计必须使用定向气流而非重力。如果你坚持用水，结果就是便便和水到处乱飘……

被吸走的排泄物被太空马桶 干湿分离 ，便便要适当保存起来用于科研，剩下的便便被装入密封袋并储存在罐子里，大多数被装上飞船，在穿越地球大气层的时候经燃烧焚化。

而尿液以及其他舱内舱外各种活动所产生的废水，经过过滤、除味等处理后循环利用，以满足宇航员、实验动植物、舱外活动以及舱内日常活动所需。当然，这些水也会被电解制造氧气。

最后，告诉你一个有趣的事情， 空间站也是有wifi的 。工作之余，宇航员们也可以去休息室在网上冲浪。

了解了这么多宇航员的日常生活，你是不是很期待我们国家的空间站“天宫”在轨组装完成后，宇航员与我们分享他们的生活日常？

不要着急，今明两年内，我国将通过11次飞行任务完成中国空间站的在轨建造。到时候，我们就可以一睹为快了！

太惊险了！一颗太空碎片与我国卫星差点相撞！

1月19日国家航天局空间碎片中心发布通报，称18日10分一颗太空碎片与我国清华科学卫星 “擦肩而过”，最近距离只有14.5米，相对速度5.27千米/秒，交会角为40.52 ，属于典型的“极危险交会事件”。

碎片专家刘静在接受媒体采访时表示，国际上一般在碎片与飞行器碰撞概率达到10-3时就会采取避让，而一些投资巨大、承担重要科研任务的航天器在碰撞概率为10-4时也会实施避让。此次俄罗斯碎片与清华科学卫星发生碰撞的概率为3.71 10-4，理应采取避让行动，但碎片在离开“最危险距离”后两者间距离又变远了，碰撞概率更小了！

这颗编号为49863的碎片是2021年11月15日俄罗斯反卫星试验产生的解体碎片，整个反卫星试验总计产生了数万个天空碎片，其中尺寸大于10公分的超大碎片约有1600个，主要分布在400到1100公里轨道高度范围内，与世界上相当一部分卫星轨道“重叠”！

事实上，我国碎片检测中心早就“探测”到了这颗异常碎片，两者距离由最初的15公里，缩短到10公里、5公里，直至1月18日的十几米！每绕行轨道一圈，碎片与卫星靠得就更近一点！

太空中究竟有多少碎片？据专家观测分析地球附近轨道的太空碎片大致可分为四类：

一类是小于1毫米的碎片，数量达到数亿级。

一类是1毫米到1厘米之间的碎片总计约1亿个。

一类是70万个大于1厘米、小于1厘米的碎片。

一类是大于10厘米的碎片约2.3万个。

目前对航天器具有潜在威胁，同时又被探测到的太空碎片约4.2万个，总重量达7400吨，相当于几十万辆摩托车在太空中“飞驰”。数以亿计的碎片主要源于损毁的航天器，其中卫星肢解碎片占60%以上，操作性碎片占8%，火箭残骸约8%，报废航天器占12%，而正常运行的航天器不到10%，占比少得可怜！

太空碎片的速度接近7.9千米/秒（第一宇宙速度）飞行，与航天器碰撞后，轻则导致航天器磨损、穿孔，重则被肢解，甚至引发爆炸！美国阿特兰蒂斯号航天飞机在执行任务时热控管路被一个毫米级的碎片击中，力度稍微再大些将直接导致管路破损而泄漏！

国际空间站体积大、停留时间长，更是碎片袭击的目标！2016年穹顶舱玻璃窗被碎片砸出一个直径7毫米的小坑；2021年攀附在空间站外壁上的加拿大机械臂多了一个直径6毫米的小洞，保温材料隐约有灼伤的痕迹，推测是一个高速运动的碎片所致。

最严重的一次碎片碰撞事故发生在2013年。5月4日厄瓜多尔的一枚卫星与大号天空碎片发生碰撞，导致卫星偏离轨道而坠毁。意外的是，这个超大号的碎片正是前苏联的火箭油箱残骸，已经在太空游荡了多年！

应对太空碎片的方法主要有两种，一个是主动避让，一个是消灭太空碎片。

对太空碎片提前预警，航天器与突袭而来的碎片在碰撞之前，要么降低航天器速度改变交汇时间，要么抬高、降低航天器改变运行轨道！截止2020年国际空间站为避开太空碎片实施了28次主动避让。欧洲航天局公布的一组数据显示平均每颗卫星每年执行两次避让操作。

当然，主动避让也不是针对太空碎片，对其他航天器同样如此。我国空间站对马斯克星链的骚扰卫星实施了两次避让，一次发生在2020年4月19日，一次发生在2021年5月16日。

为消灭这些太空垃圾，避免与航天器发生碰撞，各国都在研发秘密武器。

早在1993年，美国航天局就尝试利用基脉冲激光器清除近地轨道的碎片，并命名为“猎户座”计划。后来激光技术提高计划重点转移到了在轨清除，说白了在航天器中安装一个激光器，击穿靠近的太空碎片。以美国的秉性，定然会当作太空武器使用，不得不防！

我国在清理太空碎片方面走在世界前列。2016年“遨龙一号”航天器成功发射，这是我国自主研发的第一颗空间碎片主动清除飞行器，具有识别、探测、跟踪、操作等功能。

机械臂是我国另一个消除太空碎片的秘密武器。和空间站中的大号机械臂不同，安装在卫星上的机械臂体积小、动作敏捷，先提前靠近探测到的太空碎片，再伸出机械臂将其推向地球一侧，碎片在坠入大气层过程中焚毁。

我国发射的实践-17是一款负责通信、广播的卫星，同时配备了一个机械臂，兼顾清除太空中的碎片。然而，美国污蔑我国的机械臂威胁其他国家的航天器，却不知太空中的绝大部分人为碎片是他产生的！

当然，任何方法都有它的弊端。主动避让需要频繁变轨，避让消耗大量燃料。使用机械臂一次只能消灭少量太空碎片，加之频繁变轨，无疑又是一个耗能大户！而对于激光而言，本身就是一种非动能武器，即便是将碎片、残骸烧穿轨道也不能改变，隐患依然存在。

所以，如何彻底清除这些太空碎片，还有很长的路要走！

2018年10月，三名离开的乘员拍下了国际空间站在地球及其淡蓝色大气层上方飘浮的样貌。作为技术和外交胜利的象征，从2000年11月2日至今，国际空间站已经连续20年每天都有人在上面生活和工作。图源：ROSCOSMOS/NASA

撰文：MICHAEL GRESHKO

2000年万圣节，一枚俄罗斯联盟号火箭从拜科努尔火箭发射场升空，载着一名美国宇航员和两名俄罗斯宇航员飞向初生的国际空间站，掀开了 历史 新篇。

两天后，乘员们抵达，此后，空间站上一直有人居住，直至今日。这是人类在近地轨道上连续生活、工作20年的一段“ 历史 ”。

美国宇航局国际空间站项目副主管Kenny Todd说：“对于现在上大学的孩子们而言，在他们迄今的一生里，我们都一直生活在地球之外。当我还是小孩子的时候，这些东西还全都是梦想。”

国际空间站这座在轨实验室是人类迄今建造的最昂贵、技术上最复杂的物体之一：价值1500亿美元的增压栖息舱，长达一个足球场，以每小时约27360千米的速度飞在地球表面以上408千米左右。过去20年，全世界共有241名男女宇航员曾暂时称之为家，有些人甚至一次在上面待过将近一年。

在这张2000年12月的照片中，国际空间站的首批全时居民正准备吃橘子。乘员从左到右依次是俄罗斯宇航员Yuri Gidzenko、美国宇航员William Shepherd、俄罗斯宇航员Sergei Krikalev。

图源：NASA

David Nixon曾在20世纪80年代中期在美国宇航局参与过国际空间站的设计工作。据他介绍，参与设计、建造、发射和运作国际空间站的人数多达十万。他说：“如果要把空间站与人类文明起源至今所建造的伟大结构和建筑对比，你会发现它堪比金字塔、雅典卫城等所有伟大的建筑。”

一场全球的胜利

与地球上最不朽的建筑一样，国际空间站的建造也耗时几十年。国际空间站从1984年美国“空间站自由”理念中诞生，并逐渐演化成美国、加拿大、日本、俄罗斯以及欧洲航空局11个成员国共计15个国家参与的大项目。国际空间站的首批部件于1998年进入轨道，“远征1”任务乘员于2000年11月2日登上新生的空间站。现如今在轨的是“远征64”任务乘员。

过程中，该项目曾面临严重的挑战。1986年挑战者号和2003年哥伦比亚号的航天飞机爆炸，不仅造成14名宇航员死亡，还影响了空间站项目，使空间站建造延缓。2007年，空间站的太阳能板上一个长6.4厘米的裂口需要乘员进行太空行走并修复，即在太阳能板通电的情况下系绳子飘浮到太阳能板上方。成员们还不得不应付空气泄漏、冷却泵损坏、精密科研仪器维修、补给任务失败等诸多困难。

2007年，美国宇航局宇航员Scott Parazynski和Doug Wheelock（画面外）执行了一次7小时19分钟的太空行走，修复了国际空间站太阳能板上一个长6.4厘米的裂缝。宇航员必须使用自制的一套“袖扣”稳定器来修复破损处。图源：NASA

为了维持空间站运行及其居民生存，成员们和地面支持团队必须进行技术合作，Todd称之为“迷你联合国”。

“我们美国的宇航员、我们俄罗斯的宇航员，他们住在我们拼凑的这些小罐子里，处在最尖端。如何把这些文化聚在一起，是一个值得学习的经验。”

空间站上的日常活动也充满挑战，部分原因在于空间站上独特的环境。光照和阴影会使空间站升温、降温，引起金属结构热胀冷缩。一些宇航员会带上耳塞睡觉，以求得内心平和。

上面的环境对人体而言也不好受。由于重力的作用，通常流向脚部的体液会滞留在头部，引起不适，甚至可能会使宇航员在回到陆地时视力受损。国际空间站上的二氧化碳含量通常比地球高10倍，让宇航员感到头痛。人类在重力下进化出来的上厕所这种基本活动，也变成了复杂的事。

“这可不像去度假，会有很多不适感。”曾在国际空间站上待过499天的Kelly说道。他的在站时长横跨两期任务，其中，2015-2016年还与俄罗斯宇航员Mikhail Kornienko共度了340天的“太空年”。

除了身体不适，在国际空间站上生活的经历还会以其他方式改变人们。Kelly在地球上空欣赏了巴哈马群岛的电光蓝、撒哈拉沙漠的广袤，而地球稀薄的大气层看上去像是一颗大眼球上的隐形眼镜。

他说：“你会有种印象，我们都并非某个国家的公民，而是这个行星的公民。我们全部都属于这个叫人类的群体。”

2020年4月，美国宇航局宇航员及“远征61/62”任务的飞行工程师Jessica Meir在国际空间站多窗的穹顶舱里演奏低音萨克斯。图源：NASA

“远征38”任务的飞行工程师、日本宇宙航空研究开发机构的宇航员Koichi Wakata在国际空间站的阻力锻炼装置（Resistive Exercise Device）上锻炼身体。图源：NASA

太空中的科学

国际空间站的乘员们除了要让他们在轨的家园一切正常，还需要建立一个太空实验室。在空间站上开展科学研究并非易事，因为最基本的实验室设备都需要测试，并常常需要重新设计以在微重力环境下运行。但是，截至目前，在空间站独特的微重力环境下已经开展了将近3000项实验。（由于国际空间站绕地球运行，它基本上是处在持续的自由落体状态中，站上的所有人也是如此。这就在站内形成了稳定的失重感，就像是地球的重力消失了99.999%以上。）

这些科学研究从在太空测序DNA，到研究遥远宇宙现象的高能粒子，不一而足。但是，国际空间站领域研究成果最丰硕的是对乘员自己所进行的研究。

对于美国科罗拉多州立大学辐射生物学家Susan Bailey而言，国际空间站在太空对宇航员 健康 影响方面提供了无价的数据。其中最大的一项飞越是美国宇航局的双胞胎研究项目。该项目对Scott Kelly及其孪生兄弟、宇航员Mark Kelly进行了分析，而Scott Kelly曾一年内大部分时间待在太空。

Bailey检验了这对兄弟的血样，研究其染色体，尤其是染色体端粒。染色体端粒处在染色体终端，能保护DNA序列，有点像是鞋带两端的鞋带头。研究这对兄弟的DNA让Bailey及其同事们更好地理解了人体对微重力和太空辐射的反应。初步结果显示，人体因太空飞行而出现大范围的遗传变化，其中包括端粒变短的迹象，而这与衰老和心脏疾病都有关联。

2009年7月，奋进号航天飞机停靠在国际空间站，造成当时空间站上最拥挤的状况：13人同时共用空间站，图为用餐时间拍摄的8个人。图源：NASA

“如果太空飞行确实会加快衰老，增加疾病风险，那我们能做些什么呢？我们如果弄清楚，也有益于我们这些地球上的人们。”

空间站的未来

已经绕地飞行120000圈，飞行53亿多公里的国际空间站仍然很强大，而且汇聚了更多的全球共同努力。来自19个国家的宇航员曾到访过空间站。随着美国宇航局努力推动空间站的商业利用，并可能开始带游客上去参观，越来越多来自不同背景的人们将有可能在太空中飞行，其中包括付费研究者和电影明星。

Nixon说：“随着空间站变得愈加常态化，带上去的人也绝不再是‘太空先锋’，他们不是前试飞员或军队飞行员，而是来自科研或工程背景的人。就应该这样。”

不过，Nixon说，随着飞往近地轨道的途径越来越宽，国际空间站及其继任者应该制造得更适合居住且易于操作。他梦想的未来空间站应该不那么吵闹，能给乘员提供更多物质享受，要有更宽敞的居住设施，还应带有适当的淋浴。

“如果有人把一个装修舒适的舱体接到空间站上，你可以在里面尽情跳跃，摆脱一天的疲惫，有何不可呢？”Nixon说道。

国际空间站本身能否存在到看到跳跳屋那一天还不得而知。空间站目前预计将服役到至少2024年，而其中大部分硬件被认定为可以安全运行到至少2028年。

2015年7月25日，乘员、美国宇航局的宇航员Scott Kelly在“远征44”任务开始几天、他的“太空年”进行到四个月时，拍下了日本的夜景。摄影：SCOTT KELLY, NASA

但是，由于美国宇航局正努力率领国际合作登月计划，且目前国际空间站的成员国中仅有部分参与，因此，这个绕地实验室的命运仍不确定。国际空间站会不会被拆解然后在轨组建成一个未来的空间站？由于诸多国家开始向深空 探索 ，它是否会被移交给私营公司？它的整个结构会像俄罗斯的和平号太空站一样在天空中化成荣耀之火并坠入太平洋吗？

无论国际空间站最终的命运如何，Kelly认为其遗产以及 探索 的精神必须存续。

他说：“我们应该致力于不要把所有人都留在地球上。我们已经维持了这20年的连续记录，我不希望看到它中断。”

（译者：Mike-gao）