Blog

Co je Mezinárodní vesmírná stanice?

Po historickém Mise Apollo , který viděl, jak lidé poprvé v historii vstoupili na jiné nebeské těleso, NASA a Ruská vesmírná agentura (Roscosmos) začaly odklánět své priority od průkopnického průzkumu vesmíru a začaly se soustředit na rozvoj dlouhodobých schopností ve vesmíru. V následujících desetiletích (od 70. do 90. let 20. století) začaly obě agentury budovat a rozmisťovat vesmírné stanice, každá větší a složitější než ta předchozí.

Nejnovější a největší z nich je Mezinárodní vesmírná stanice (ISS), vědecké zařízení, které sídlí v Nízká oběžná dráha Země kolem naší planety. Tato vesmírná stanice je největší a nejsofistikovanější výzkumné zařízení na oběžné dráze, jaké kdy bylo postaveno, a je tak velká, že ji lze skutečně vidět pouhým okem. Ústředním bodem jejího poslání je myšlenka podporovat mezinárodní spolupráci v zájmu pokroku ve vědě a výzkumu vesmíru.

Původ:

Plánování ISS začalo v 80. letech 20. století a bylo částečně založeno na úspěších ruské Já vesmírná stanice , NASA Skylab a Program raketoplánu . Tato stanice, jak se doufalo, umožní budoucí využití nízké oběžné dráhy Země a jejích zdrojů a bude sloužit jako mezilehlá základna pro obnovené průzkumné úsilí na Měsíc, misi na Mars a dále.

Vesmírná stanice Mir visí nad Zemí v roce 1995 (foto pořízeno posádkou mise raketoplánu Atlantis, STS-71). Kredit: NASA



V květnu 1982 NASA zřídila pracovní skupinu Space Station, která byla pověřena vytvořením koncepčního rámce pro takovou vesmírnou stanici. Nakonec vzniklý plán ISS byl vyvrcholením několika různých plánů na vesmírnou stanici – mezi něž patřily i plány NASA. Svoboda a sovětské Já-2 koncepty, stejně jako japonské Kibolaboratoř a Evropské vesmírné agentury Kolumbus laboratoř.

TheSvobodaKoncepce počítala s rozmístěním modulární vesmírné stanice na oběžnou dráhu, kde by sloužila jako protějšek sovětské Saljut aMěvesmírné stanice. Ve stejném roce NASA přistoupila k Japonská agentura pro letectví a kosmonautiku (JAXA) zapojit se do programu vytvořenímKibo, také známý jako japonský experimentální modul.



The Kanadská kosmická agentura byl podobně osloven v roce 1982 a byl požádán o poskytnutí robotická podpora stanice . Díky úspěchu Canadarm, který byl nedílnou součástí programu Space Shuttle Program, se ČSA dohodly na vývoji robotických komponent, které by pomáhaly s dokováním, prováděly údržbu a astronautům asistovaly při výstupech do vesmíru.

V roce 1984 byla ESA vyzvána, aby se podílela na výstavbě stanice s vytvořením staniceKolumbuslaboratoř – výzkumná a experimentální laboratoř se specializací na materiálové vědy. Konstrukce obouKiboaKolumbusModuly byly schváleny v roce 1985. Jako nejambicióznější vesmírný program v historii obou agentur byl vývoj těchto laboratoří považován za klíčový pro Evropu a nově vznikající kosmické kapacity Japonska.

Skylab, první americká vesmírná stanice s posádkou. Fotografie pořízená odlétající posádkou Skylab 4 v únoru 1974. Poděkování: NASA

V roce 1993 americký viceprezident Al Gore a ruský premiér Viktor Černomyrdin oznámili, že sloučí zdroje určené k vytvořeníSvobodaaJá-2. Namísto dvou samostatných vesmírných stanic by programy spolupracovaly na vytvoření jediné vesmírné stanice – která byla později pojmenována Mezinárodní vesmírná stanice.



Konstrukce:

Stavba ISS byla umožněna s podporou několika federálních vesmírných agentur, mezi které patřily NASA, Roskosmos, JAXA, CSA a členové ESA – konkrétně Belgie, Dánsko, Francie, Španělsko, Itálie, Německo, Nizozemsko, Norsko. , Švýcarsku a Švédsku. Brazilská vesmírná agentura (AEB) také přispěla ke stavebnímu úsilí.

Orbitální stavba vesmírné stanice začala v roce 1998 poté, co zúčastněné státy podepsaly smlouvu Mezivládní dohoda o vesmírné stanici (IGA), která vytvořila právní rámec, který kladl důraz na spolupráci založenou na mezinárodním právu. Zúčastněné vesmírné agentury také podepsaly čtyři memoranda o porozumění (MoUs), která stanovila jejich povinnosti při návrhu, vývoji a používání stanice.

Proces montáže začal v roce 1998 nasazením „ Zarya' ('Sunrise' v ruštině) Řídicí modul nebo funkční nákladní blok. Tento modul, který postavili Rusové s financováním z USA, byl navržen tak, aby poskytoval počáteční pohon a energii stanice. Tlakový modul – který vážil přes 19 300 kg (42 600 liber) – byl vypuštěn na palubu ruské rakety Proton v listopadu 1998.

4. prosince druhá složka – the 'Jednota'Uzel – byl umístěn na oběžnou dráhu raketoplánemUsilovat(STS-88), spolu se dvěma tlakovými protikusovými adaptéry. Tento uzel byl jedním ze tří – Harmonie a Klid být dalšími dvěma – to by tvořilo hlavní trup ISS. V neděli 6. prosince došlo k krytíZaryaposádkou STS-88 v nákladovém prostoru raketoplánu.

Další splátky přišly v roce 2000, s nasazením HvězdaServisní modul (první obytný modul) a několik zásobovacích misí prováděných raketoplánemAtlantis. RaketoplánObjev(STS-92) také v říjnu dodal třetí přizpůsobený tlakový spoj a anténu v pásmu Ku. Koncem měsíce byla první posádka expedice vypuštěna na palubě rakety Sojuz, která dorazila 2. listopadu.

V roce 2001, 'Osud'Laboratorní modul a 'Otázka'Dokovací přihrádka byly doručeny. Modulární regály, které jsou součástíOsudbyly také odeslány pomocí Raffaello Víceúčelové logistické moduly (MPLM) na paluběRaketoplán Endeavoura umístit na místo pomocí Canadarm2 robotické rameno. V roce 2002 byly přidány další stojany, příhradové segmenty, solární pole a mobilní základní systém pro stanici Mobilní servisní systém byly všechny doručeny.

V roce 2007 evrop Harmonie byl instalován modul, který umožnil přístavbu laboratoří Columbus a Kibo – obě byly přidány v roce 2008. V letech 2009 až 2011 byla stavba dokončena přidáním ruské Mini-výzkumný modul-1 a -2 (MRM1 a MRM2), the 'Klid'Uzel , Pozorovací modul kopule , LeonardoStálý víceúčelový modul a Robonaut 2 technologická sada.

Struktura ISS (na tomto schématu rozložená) zobrazující různé součásti a způsob jejich sestavení. Kredit: NASA

Do roku 2016, kdy Bigelow Aerospace nainstaloval svůj experiment, nebyly přidány žádné další moduly nebo komponenty Modul Bigelow Expandable Activity Module (PAPRSEK). Všechno to trvalo 13 let na stavbu vesmírná stanice, odhadem 100 miliard dolarů a vyžadovala více než 100 startů raket a raketoplánů a 160 výstupů do vesmíru.

V době psaní tohoto článku byla stanice nepřetržitě obsazena po dobu 16 let a 74 dní od příletu Expedice 1 2. listopadu 2000. Jedná se o nejdelší nepřetržitou přítomnost člověka na nízké oběžné dráze Země, která překonala Mirův rekord 9 let a 357 dní.

Účel a cíle:

Hlavní účel ISS je čtyři: provádění vědeckého výzkumu, podpora průzkumu vesmíru, usnadnění vzdělávání a dosahu a podpora mezinárodní spolupráce. Tyto cíle jsou podporovány NASA, Ruskou federální kosmickou agenturou (Roscomos), japonskou agenturou pro výzkum letectví (JAXA), Kanadskou kosmickou agenturou (CSA) a Evropskou kosmickou agenturou (ESA) s další podporou dalších zemí a institucí. .

Pokud jde o vědecký výzkum, ISS poskytuje jedinečné prostředí pro provádění experimentů v podmínkách mikrogravitace. Zatímco kosmické lodě s posádkou poskytují omezenou platformu, která je ve vesmíru nasazena pouze po omezenou dobu, ISS umožňuje dlouhodobé studie, které mohou trvat roky (nebo dokonce desetiletí).

Na palubě ISS probíhá mnoho různých a nepřetržitých projektů, které jsou možné díky podpoře šestičlenné posádky astronautů na plný úvazek a kontinuitě návštěvních vozidel (což také umožňuje doplňování zásob a rotaci posádek). Vědci na Zemi mají přístup ke svým datům a jsou schopni komunikovat s vědeckými týmy prostřednictvím řady kanálů.

Mnoho oblastí výzkumu prováděných na palubě ISS zahrnuje astrobiologii, astronomii, lidský výzkum, vědy o živé přírodě, fyzikální vědy, vesmírné počasí a meteorologii. V případě vesmírného počasí a meteorologie má ISS jedinečnou pozici pro studium těchto jevů díky své poloze v LEO. Zde má krátkou oběžnou dobu, což mu umožňuje sledovat počasí na celé zeměkouli mnohokrát za jediný den.

Je také vystavena věcem, jako je kosmické záření, sluneční vítr, nabité subatomární částice a další jevy, které charakterizují vesmírné prostředí. Lékařský výzkum na palubě ISS se z velké části zaměřuje na dlouhodobé účinky mikrogravitace na živé organismy – zejména její účinky na hustotu kostí, svalovou degeneraci a funkci orgánů – což je neodmyslitelnou součástí vesmírných misí na dlouhé vzdálenosti.

ISS také provádí výzkum, který je přínosný pro systémy průzkumu vesmíru. Jeho umístění v LEO také umožňuje testování systémů kosmických lodí, které jsou nutné pro mise na dlouhé vzdálenosti. Poskytuje také prostředí, kde mohou astronauti získat zásadní zkušenosti v oblasti provozu, údržby a oprav – které jsou podobně klíčové pro dlouhodobé mise (jako jsou mise na Měsíc a Mars).

ISS také poskytuje příležitosti ke vzdělávání díky účasti na experimentech, kdy studenti mohou experimenty navrhovat a sledovat, jak je posádky ISS provádějí. Astronauti ISS jsou také schopni zapojit učebny prostřednictvím video spojení, rádiové komunikace, e-mailu a vzdělávacích videí/webových epizod. Různé vesmírné agentury také udržují vzdělávací materiály ke stažení na základě experimentů a operací ISS.

Do mandátu ISS spadá také vzdělávací a kulturní dosah. Tyto aktivity jsou prováděny s pomocí a podporou zúčastněných federálních vesmírných agentur a jsou navrženy tak, aby podporovaly vzdělávání a profesní přípravu v oborech STEM (věda, technika, inženýrství, matematika).

Jedním z nejznámějších příkladů jsou vzdělávací videa vytvořená společností Chris Hadfield – kanadský astronaut, který sloužil jako velitel Expedice 35 na palubě ISS – která zaznamenávala každodenní aktivity astronautů ISS. Velkou pozornost věnoval také aktivitám ISS díky své hudební spolupráci s Barenaked Ladies a Wexford Gleeks – s názvem „I.S.S. (Zpívá někdo)“ (zobrazeno výše).

Jeho video, cover verze „Space Oddity“ od Davida Bowieho, mu také vyneslo široké uznání. Spolu s přitažením další pozornosti k ISS a operacím její posádky to byl také velký počin, protože to bylo jediné hudební video, které bylo kdy natočeno ve vesmíru!

Operace na palubě ISS:

Jak již bylo zmíněno, ISS je podporována rotujícími posádkami a pravidelnými starty, které dopravují zásoby, experimenty a vybavení na stanici. Ty mají podobu vozidel s posádkou i bez posádky v závislosti na povaze mise. Posádky jsou obvykle přepravovány na palubě Ruský pokrok kosmické lodě, které jsou vypouštěny přes Rakety Sojuz z Kosmodrom Bajkonur v Kazachstánu.

Roskosmos uskutečnil celkem 60 cest k ISS pomocí kosmické lodi Progress, zatímco 40 samostatných startů bylo provedeno pomocí raket Sojuz. Na stanici bylo také uskutečněno asi 35 letů pomocí raketoplánů NASA Space Shuttles, které přepravovaly posádku, experimenty a zásoby. ESA a JAXA provedly 5 misí pro přemístění nákladu za použití Automatizované přepravní vozidlo (ATV) a Přepravní vozidlo H-II (HTV), resp.

V posledních letech byly soukromé letecké společnosti jako SpaceX a Orbital ATK nasmlouvány, aby zajistily zásobovací mise na ISS, které prováděly pomocí svých Drak a Cygnus kosmická loď. Další kosmické lodě, jako je SpaceX Crew Dragon kosmických lodí, se očekává, že budou v budoucnu zajišťovat dopravu posádky.

Spolu s vývojem opakovaně použitelné rakety prvního stupně Tyto snahy jsou částečně prováděny s cílem obnovit domácí odpalovací kapacitu do USA. Od roku 2014 vedlo napětí mezi Ruskou federací a USA k rostoucím obavám o budoucnost rusko-americké spolupráce s programy jako ISS.

Činnosti posádky se skládají z provádění experimentů a výzkumu považovaného za zásadní pro průzkum vesmíru. Tyto aktivity jsou naplánovány od 06:00 do 21:30 hodin UTC (Universal Coordinated Time), s přestávkami na snídani, oběd, večeři a pravidelné porady posádky. Každý člen posádky má své vlastní ubikace (včetně připoutaného spacího pytle), z nichž dvě jsou umístěny vHvězdaNainstalovaný modul a čtyři dalšíHarmonie.

Během „nočních hodin“ jsou okna zakryta, aby působila dojmem tmy. To je nezbytné, protože stanice zažívá 16 východů a západů slunce denně. Každý den jsou naplánovány dvě cvičební doby po 1 hodině, aby se zajistilo, že rizika svalové atrofie a ztráty kostní hmoty jsou minimalizována. Cvičební zařízení obsahuje dva běžecké pásy, Pokročilé odporové cvičební zařízení (ARED) pro simulovaný silový trénink a stacionární kolo.

Hygiena je udržována díky proudům vody a mýdlu dávkovanému z tub, stejně jako vlhčeným ubrouskům, bezoplachovému šamponu a jedlé zubní pastě. Sanitaci zajišťují dvě vesmírné toalety – obě ruského designu – na paluběHvězdaaKlidModuly. Podobně jako tomu bylo na palubě raketoplánu, astronauti se připevňují k záchodovému prkénku a odstraňování odpadu se provádí pomocí vakuového sacího otvoru.

Tekutý odpad je převáděn do Systém rekuperace vody , kde se přeměňuje zpět na pitnou vodu (ano, kosmonauti pijí svou vlastní moč, po módě!). Pevný odpad je shromažďován v jednotlivých pytlích, které jsou uloženy v hliníkovém kontejneru, které jsou následně přeneseny do ukotvené kosmické lodi k likvidaci.

Jídlo na palubě stanice sestává převážně z lyofilizovaných jídel ve vakuově uzavřených plastových sáčcích. Konzervy jsou k dispozici, ale jsou omezeny svou hmotností (což prodražuje dopravu). Čerstvé ovoce a zelenina se přivážejí během zásobovacích misí a používá se velké množství koření a koření, aby bylo zajištěno, že jídlo bude chutné – což je důležité, protože jedním z účinků mikrogravitace je snížení chuti.

Aby se zabránilo rozlití, nápoje a polévky jsou baleny v balíčcích a konzumovány brčkem. Pevné jídlo se konzumuje nožem a vidličkou, které jsou k tácu připevněny magnety, aby nevyplavaly, zatímco nápoje jsou poskytovány ve formě sušeného prášku a poté smíchány s vodou. Jakékoli jídlo nebo drobky, které odplavou, musí být shromážděny, aby se zabránilo ucpání vzduchových filtrů a dalšího vybavení.

Rizika:

Život na palubě stanice s sebou nese také vysokou míru rizika. Ty přicházejí ve formě záření, dlouhodobých účinků mikrogravitace na lidskou postavu, psychologických účinků pobytu ve vesmíru (tedy stresu a poruch spánku) a nebezpečí srážky s vesmírným odpadem.

Pokud jde o záření, objekty v prostředí nízké oběžné dráhy jsou částečně chráněny před slunečním zářením a kosmickým zářením zemskou magnetosférou. Bez ochrany zemské atmosféry jsou však astronauti stále vystaveni asi 1 milisievertu denně, což je ekvivalent toho, čemu je vystaven člověk na Zemi v průběhu roku.

V důsledku toho jsou astronauti vystaveni vyššímu riziku vzniku rakoviny, poškození DNA a chromozomů a snížené funkci imunitního systému. Proto je na palubě stanice nutností ochranné stínění a léky, stejně jako protokoly pro omezení expozice. Například během sluneční erupce mohou posádky hledat úkryt v silněji stíněném ruském orbitálním segmentu stanice.

Jak již bylo uvedeno, účinky mikrogravitace si vybírají daň také na svalové tkáni a hustotě kostí. Podle a studie z roku 2001 vedená NASA Program lidského výzkumu (HRP) – která zkoumala účinky na tělo astronauta Scotta Kellyho poté, co strávil rok na palubě ISS – ke ztrátě kostní hustoty dochází rychlostí více než 1 % za měsíc.

Podobně zpráva Johnsonova vesmírného střediska – nazvaná „ Svalová atrofie “ – uvedl, že astronauti zažívají až 20% ztrátu svalové hmoty při letech do vesmíru trvajících pouhých pět až 11 dní. Kromě toho novější studie ukázaly, že dlouhodobé účinky pobytu ve vesmíru také zahrnují snížená funkce orgánů , snížený metabolismus a snížený zrak .

Z tohoto důvodu astronauti pravidelně cvičí, aby minimalizovali ztrátu svalů a kostí, a jejich nutriční režim je navržen tak, aby zajistil, že dostanou vhodné živiny pro udržení správné funkce orgánů. Kromě toho se stále zkoumají dlouhodobé účinky na zdraví a další strategie pro boj s nimi.

Ale možná největší nebezpečí přichází v podobě harampádí na oběžné dráze – alias. vesmírný odpad . V současné době je jich přes 500 000 kusů trosek které jsou sledovány NASA a dalšími agenturami, když obíhají kolem Země. Odhaduje se, že 20 000 z nich je větších než softball, zatímco zbytek je velký jako oblázek. Celkově vzato je na oběžné dráze pravděpodobně mnoho milionů kusů trosek, ale většina z nich je tak malá, že je nelze sledovat.

Tyto objekty se mohou pohybovat rychlostí až 28 163 km/h (17 500 mph), zatímco ISS obíhá kolem Země rychlostí 27 600 km/h (17 200 mph). V důsledku toho by srážka s jedním z těchto objektů mohla být pro ISS katastrofální. Stanice je přirozeně stíněna, aby odolala nárazům drobných kousků úlomků a také mikrometeoroidů – a toto stínění je rozděleno mezi ruský orbitální segment a americký orbitální segment.

U USOS se stínění skládá z tenkého hliníkového plechu, který je držen odděleně od trupu. Tato vrstva způsobí, že se objekty roztříští do mraku, čímž se rozptýlí kinetická energie nárazu předtím, než dosáhne hlavního trupu. Na ROS má stínění podobu voštinové obrazovky z uhlíkového plastu, hliníkové voštinové obrazovky a skleněné tkaniny, které jsou všechny umístěny nad trupem.

Stínění ROS je méně pravděpodobné, že bude proraženo, a proto se posádka přesune na ROS, kdykoli se objeví vážnější hrozba. Ale když čelí možnosti nárazu od většího objektu, který je sledován, stanice provede to, co je známé jako Manévr vyhýbání se troskám (PŘEHRADA). V tomto případě trysky na ruském orbitálním segmentu vystřelí, aby změnily orbitální výšku stanice, a tak se vyhnuly troskám.

Budoucnost ISS:

Vzhledem k její závislosti na mezinárodní spolupráci se v posledních letech – v reakci na rostoucí napětí mezi Ruskem, Spojenými státy a NATO – objevily obavy o budoucnost Mezinárodní vesmírné stanice. Prozatím je však provoz na stanici zajištěn díky závazkům všech hlavních partnerů.

v ledna 2014 Obamova administrativa oznámila, že prodlouží financování americké části stanice až do roku 2024. Roskosmos toto rozšíření podpořil, ale také vyjádřil souhlas s plánem, který by využil prvky ruského orbitálního segmentu k vybudování nové ruské vesmírné stanice. .

Známý jako Orbitální pilotovaný montážní a experimentální komplex (OPSEK), navrhovaná stanice by sloužila jako montážní platforma pro kosmické lodě s posádkou cestující na Měsíc, Mars a vnější sluneční soustavu. Tam také byly předběžná oznámení ruských představitelů o možném společném úsilí vybudovat budoucí náhradu za ISS. NASA však tyto plány ještě nepotvrdila.

v dubna 2015 kanadská vláda schválila rozpočet, který zahrnoval finance na zajištění účasti CSA na ISS do roku 2024. prosince 2015 , JAXA a NASA oznámily své plány na nový rámec spolupráce pro Mezinárodní vesmírnou stanici (ISS), který zahrnoval i Japonsko prodlužující svou účast do roku 2024. prosince 2016 ESA se také zavázala prodloužit svou misi do roku 2024.

ISS představuje jedno z největších společných a mezinárodních snah v historii, nemluvě o jednom z největších vědeckých počinů. Kromě toho, že poskytuje místo pro zásadní vědecké experimenty, které zde na Zemi nelze provádět, provádí také výzkum, který lidstvu pomůže k dalším velkým skokům ve vesmíru – tedy misi na Mars a dále!

Kromě toho všeho je zdrojem inspirace pro bezpočet milionů lidí, kteří sní o tom, že se jednou vydají do vesmíru! Kdo ví, jaké velké akce ISS umožní, než bude definitivně vyřazena z provozu – s největší pravděpodobností za desítky let?

Napsali jsme mnoho zajímavých článků o ISS zde na Universe Today. Zde je Mezinárodní vesmírná stanice dosáhla 15 let nepřetržité lidské přítomnosti na oběžné dráze , Průvodce pro začátečníky k návštěvě Mezinárodní vesmírné stanice , Vydejte se na virtuální 3D vesmírnou procházku mimo Mezinárodní vesmírnou stanici , Prohlídka Mezinárodní vesmírné stanice , a Obrázky vesmírné stanice .

Pro více informací se podívejte na NASA Referenční příručka k ISS a tento článek o 10. výročí vesmírné stanice .

Astronomy Cast má také relevantní epizody na toto téma. Zde je Otázky: Odemčený Měsíc, Energie do černých děr a oběžná dráha vesmírné stanice , a Episode 298: Space Stations, Part 3 – International Space Station .

Prameny: