مدتی است که خبرهای مربوط به ایستگاه بین المللی فضایی در صدر اخبار علمی قرار دارد. چندی پیش دو نفر از خدمه شاتل فضایی دیسکاوری با انجام یک ماموریت فضایی ویژه اتاق تازه یی را به ایستگاه فضایی بین المللی افزودند. این دو نفر موفق شدند پس از انجام شش ساعت پیاده روی فضایی و استفاده از یک بازوی روباتی، یک واحد 14 تنی جدید را به ایستگاه فضایی اضافه کنند. با انجام پنج پیاده روی فضایی، این واحد جدید که «هارمونی» نام دارد و ساخت ایتالیا است در جای اصلی خود نصب می شود. با نصب هارمونی فضای سکونت فضانوردان در ایستگاه فضایی 18 درصد افزایش می یابد. ابعاد این واحد 7 متر در 6/4 متر است که گذرگاهی میان سه آزمایشگاه علمی ایستگاه فضایی ایجاد می کند. ایستگاه پیش از این دارای سه آزمایشگاه با نام آزمایشگاه دستینی ساخت امریکا، ماژول اتحادیه اروپا با نام کلمبوس و آزمایشگاه ژاپنی کیبو بود. از سال 2001 تاکنون، این نخستین بار است که فضای قابل زندگی و کار در ایستگاه فضایی افزایش می یابد. از آن زمان تاکنون فقط بخش های غیرمسکونی همانند صفحه های خورشیدی به آن افزوده می شد. اما این ماموریت از جنبه دیگری هم جالب توجه بود. مدتی پیش «پگی ویتسون» وارد ایستگاه فضایی بین المللی شد و برای اولین بار یک زن فرماندهی ایستگاه فضایی بین المللی را برعهده گرفت. در ماموریت STS-120 هم «پاملا مل روی» فرماندهی عملیات را برعهده داشت. به این ترتیب این نخستین بار است که هم فرماندهی شاتل و هم فرماندهی ایستگاه فضایی برعهده زنان است. با توجه به این موضوع، در این مقاله نگاهی داریم به تاریخچه، ساختار و کارکرد ایستگاه فضایی بین المللی.

ایستگاه فضایی یک ساختار مصنوعی است که محیطی را برای کار و زندگی در فضا فراهم می کند. تفاوت اصلی یک ایستگاه فضایی با فضاپیما ها در این است که ایستگاه فضایی سامانه پیش رانش یا تجهیزات فرود ندارد، اما فضاپیماها چنین سامانه هایی دارند و می توانند افراد یا محموله هایی را جابه جا کنند. ایستگاه های فضایی برای زندگی های میان مدت (از چند هفته تا چندماه و حتی چند سال) در فضا طراحی و ساخته می شود.

هم اکنون از ایستگاه های فضایی برای بررسی اثر پروازهای فضایی طولانی مدت روی بدن انسان و همچنین ایجاد مکانی برای انجام آزمایش های علمی بیشتر و طولانی مدت تر نسبت به فضاپیماها استفاده می شود.

از لحاظ ساختار ایستگاه های فضایی را می توان در دو دسته کلی یک تکه یا یک بخشی و چند تکه یا چندبخشی جای داد. ایستگاه های یک تکه تنها از یک بخش ساخته می شود و در یک مرحله به فضا فرستاده می شود. تمام تجهیزات و امکانات لازم برای این ایستگاه ها در مرحله پرتاب در آن قرار می گیرد و پس از پرتاب خدمه در آن مستقر می شوند. اما از ایستگاه های سالیوت 6 و 7 به بعد تغییری در ساختار ایستگاه ها مشاهده شد. این ایستگاه ها دارای دو بخش الحاق بودند. زمانی که گروهی در آن مستقر بودند، گروهی دیگر می توانستند با استفاده از فضاپیمای جدید به آن ملحق شوند. به همین دلیل اسکان پیوسته در این ایستگاه ها امکان پذیر شد. وجود دو بخش الحاق باعث شد که فضاپیمای تدارکاتی پروگرس بتواند به این ایستگاه برود و تدارکات تازه را منتقل کند و به این ترتیب انجام ماموریت های درازمدت امکان پذیر شد. اما از زمان ساخت ایستگاه فضایی سالیوت 7 بشر به فکر استفاده از ایستگاه های فضایی چندبخشی افتاد. از جمله ایستگاه های چندبخشی می توان به ایستگاه فضایی میر اشاره کرد. این ایستگاه دارای یک بخش مرکزی است که در اولین پرتاب در فضا مستقر می شود و بخش های بعدی که هر کدام ساختار و وظایف ویژه یی دارند به بخش اصلی افزوده می شوند. با استفاده از این شیوه می توان طیف گسترده یی از انواع ماموریت ها را انجام داد و در عین حال نیاز به یک موشک بسیار پرقدرت برای پرتاب یکباره ایستگاه های بزرگ برطرف شد. با این همه عوامل بسیاری باعث شده است که ساخت و استفاده از ایستگاه های فضایی محدود بماند که از آن جمله می توان به اثرهای نامطلوب اقامت درازمدت در فضا بر سلامتی فرد اشاره کرد.

ایستگاه فضایی بین المللی

تنها ایستگاه فضایی که هم اکنون از آن استفاده می شود، ایستگاه فضایی بین المللی است که البته ساخت آن همچنان ادامه دارد. این ایستگاه در فاصله 6/319 تا 9/346 کیلومتری از سطح زمین قرار دارد و در صورت مناسب بودن اوضاع جوی می توان حتی با چشم غیرمسلح نیز آن را دید. تاریخ طراحی و ساخت این ایستگاه به سال 1984 برمی گردد.

امریکا در سال 1984 تصمیم گرفت با همکاری دیگر کشورها یک ایستگاه فضایی مسکونی دائمی بسازد. امریکا تصمیم داشت این ایستگاه را با همکاری 14 کشور دیگر (کانادا، ژاپن، برزیل و سازمان فضایی اروپا شامل کشورهای انگلستان، فرانسه، آلمان، بلژیک، ایتالیا، هلند، دانمارک، نروژ، اسپانیا، سوئیس و سوئد) بسازد. اما هنگام طراحی این ایستگاه فضایی، اتحاد شوروی تجزیه شد. امریکا نیز در سال 1993 از روسیه دعوت کرد در برنامه ایستگاه فضایی بین المللی همکاری کند. با این کار تعداد کشورهای شرکت کننده در طرح به 16 کشور افزایش پیدا کرد. در سال 1998 نیز ساخت ایستگاه آغاز شد. ایستگاه بیش از یکصد بخش دارد که برای تکمیل آن به 44 پرواز و دست کم سه نوع فضاپیما (شاتل فضایی، سایوز و موشک روسی پروگرس) نیاز است. برآورد می شود که برای اتمام ایستگاه باید 160 پیاده روی فضایی و در مجموع 1920 ساعت - نفر پیاده روی انجام شود که دست کم تا سال 2010 طول می کشد. امریکا در تلاش است تا پیش از سال 2010 ساخت ایستگاه فضایی را به پایان برساند زیرا در این سال شاتل ها بازنشسته می شوند، برای اتمام این پروژه نیز بین 35 تا 37 میلیارد دلار بودجه صرف می شود. ایستگاه فضایی پس از تکمیل می تواند هفت نفر را در خود جای دهد و از بخش های زیر تشکیل می شود.

بخش هدایت (زاریا)؛ شامل سامانه های پیش رانش (دو موتور موشک)، بخش فرماندهی و هدایت است.

بخش اتصال (سه مورد)؛ بخش های اصلی ایستگاه را به هم وصل می کند.

بخش خدمات (زوزدا)؛ شامل بخش های سکونت و سامانه حفاظت حیات، بخش الحاق فضاپیمای پروگرس و موتورهای موشک برای تنظیم ارتفاع است.

آزمایشگاه های علمی (شش واحد)؛ دارای ابزارها و دستگاه های علمی و یک اهرم روباتی برای جابه جا کردن محموله در بیرون ایستگاه است.

بخش آزمایشگاه؛ دارای تجهیزاتی برای آزمایش در مورد گرانش، علوم زیستی، علوم زمین و علوم فضا است.

ابزار انتقال؛ یک کپسول سایوز و یک فضاپیمای بازگرداندن خدمه (X-33) که در مواقع اضطراری از آن استفاده می شود.

سامانه انرژی الکتریکی؛ شامل صفحه های خورشیدی و تجهیزاتی برای تولید، ذخیره، مدیریت و توزیع نیروی برق است.

در 31 اکتبر سال 2000 اولین گروه از خدمه ایستگاه از روسیه اعزام شدند. این گروه سه نفره حدود پنج ماه در ایستگاه اقامت کردند و در این مدت سامانه ها را فعال کردند و چندین آزمایش انجام دادند. این گروه در 21 مارس 2001 به زمین برگشتند. از آن زمان تاکنون ایستگاه پیوسته دارای دو یا سه نفر ساکن بوده است. هم اکنون برای اقامت فضانوردان در ایستگاه، دوره های زمانی سه ماهه یا هفت ماهه برنامه ریزی می شود.

زندگی و کار در ایستگاه فضایی

اولین گروهی که به ایستگاه فضایی رفتند، بیشتر وقت خود را برای آماده سازی ایستگاه، ساخت آن و انجام آزمایش های علمی گوناگون و رصد زمین صرف کردند. خدمه در بخش سکونت زندگی می کنند. هر چند این بخش چندان تجملی نیست، اما همه چیزهایی را که فضانوردان به آن نیاز دارند، در اختیارشان قرار می دهد. این بخش هیچ کم و کسری ندارد و اتاق خواب اختصاصی برای هر فرد، توالت، امکانات بهداشتی، آشپزخانه با یک میز، دستگاه دوی ثابت و دوچرخه ثابت از جمله تجهیزات این بخش است.

در فضا استخوان های فضانوردان تحلیل می رود و ماهیچه ها لاغر و ضعیف می شود. بنابراین فضانوردان باید پیوسته ورزش کنند. خوابیدن در فضا نیز با خوابیدن در زمین بسیار تفاوت دارد. فضانوردان در تختخواب نمی خوابند، بلکه در یک کیسه خواب که روی دیوار نصب شده است، دراز می کشند و زیپش را می بندند. کیسه خواب ها، جای مخصوصی هم برای دست ها دارد که باعث می شود دست فرد هنگام خواب آویزان نشود. از آنجا که مقدار آب موجود در ایستگاه فضایی محدود است، فضانوردان برای حمام کردن و شست وشو از اسفنج های مرطوب استفاده می کنند. با این کار در مصرف آب صرفه جویی می شود. هر فرد یک بسته بهداشتی اختصاصی دارد که شامل مسواک، خمیردندان، شامپو، تیغ اصلاح و دیگر لوازم بهداشتی است. بیشتر غذاهای ایستگاه نیز منجمد، خشک و بدون آب است، حتی نوشیدنی ها نیز بدون آب است. فضانوردان برای تغذیه، در صورت نیاز به غذای خود آب اضافه می کنند و در اجاق حرارت می دهند. البته هر فضانورد حدود پنج ماه پیش از پرواز فهرست غذاهای خود را سفارش می دهد.

پس از آنکه ایستگاه فضایی تکمیل شد، کار در آن شامل نگهداری ایستگاه (مرمت ابزارهای شکسته شده و تعمیر ساختارهای خراب) و انجام آزمایش های علمی و رصد است. ایستگاه شش آزمایشگاه علمی دارد.

کار کردن در وضعیت بی وزنی باعث می شود از جرم ماهیچه ها کم شود. به همین دلیل فضانوردان مجبورند هر روز ورزش کنند. از طرف دیگر وضعیت کار کردن در زمین با کار کردن در فضا متفاوت است. در وضعیت بی وزنی همه چیز در فضا شناور می شود و به همین دلیل هر چیزی را باید در جای خود محکم کرد.

کاربردهای ایستگاه فضایی

بیشترین کاربردهای ایستگاه فضایی در حوزه علم و انجام آزمایش های علمی در محیط ویژه فضا و وضعیت بی وزنی است. ایستگاه فضایی بین المللی پس از اتمام چهار برابر ایستگاه میر می شود. مهمترین ویژگی ایستگاه های فضایی آن است که می توانند بسیار بیشتر از شاتل ها در فضا بمانند (شاتل ها فقط سه هفته در فضا می مانند.) در ضمن ابزار و لوازم ایستگاه فضایی یکبار مصرف نیست و می توان بارها (حتی چندین دهه) از آنها استفاده کرد. پژوهشگران دولتی، صنایع و موسسه های آموزشی و پژوهشی می توانند از امکانات موجود در ایستگاه استفاده کنند. علوم زیستی، زمین، فضا، گرانش، مهندسی و پژوهش های صنعتی از جمله موضوع های پژوهشی در ایستگاه فضایی است.

گرانش؛ گرانش بر بسیاری از پدیده ها در زمین موثر است، از جمله گرانش بر چگونگی تجمع اتم ها در کنار یکدیگر و تشکیل بلورها اثر می گذارد. در وضعیت بی وزنی می توان به بلورهای تقریباً کامل دست یافت. از این بلورها برای تولید نیمه رساناهای بهتر و ساخت رایانه های سریع تر استفاده می شود، یا می توان داروهای بهتری برای مقابله با بیماری ها ساخت.

علوم زیستی ؛ حیات آن گونه که ما می شناسیم در محیطی دارای گرانش تشکیل شده است. شکل بدن ما نیز تحت اثر گرانش است. ما اسکلتی داریم که محافظ بدن ماست و با گرانش مقابله می کند. حس های ما جهت های بالا و پایین را به ما نشان می دهد زیرا ما می توانیم گرانش را احساس کنیم. اما به راستی گرانش چگونه بر موجودات زنده اثر می گذارد؟

ایستگاه فضایی بین المللی این امکان را برای ما فراهم می کند که کارکرد بدن گیاهان و جانوران را در محیطی بدون گرانش بررسی کنیم. برای مثال هنگامی که هسته یک گیاه در زمینی پراکنده می شود، ریشه ها رو به پایین و شاخه ها و برگ ها رو به بالا رشد می کند. اما اگر هسته ها را در فضا و محیط بی وزنی بکاریم چه روی می دهد؟

از طرف دیگر تغییراتی که در بدن ما در وضعیت بی وزنی روی می دهد (همانند کاهش قدرت عضله ها و پوکی استخوان) به فرآیند پیری شباهت دارد. به همین دلیل با شناخت این عوامل می توان تا حدودی از پیری و پیامدهای آن کاست.

علوم زمین؛ ایستگاه فضایی می تواند 75 درصد از سطح زمین را رصد کند.

دانشمندان با استفاده از ابزارهایی که دارند، درباره وضعیت آب و هوایی و اقلیم زمین، ساختار زمین، کیفیت جو، نقشه برداری از رویش های گیاهی، کاربردهای زمین و منابع معدنی، سلامتی رودخانه ها، دریاها و اقیانوس ها بررسی می کنند. با استفاده از این اطلاعات می توان کارکرد زیست کره زمین را درک کرد و از اثر ویرانگر بشر بر محیط زیست کاست.

علوم فضا؛ ایستگاه فضایی در مکانی ورای جو زمین قرار دارد و می تواند همانند تلسکوپ فضایی هابل به رصد خورشید، ستارگان و سیاره ها و همچنین عکسبرداری از آنها بپردازد، بدون آنکه جو زمین در این کار اختلال یا اغتشاشی ایجاد کند.

از ابزارهای موجود در ایستگاه می توان برای بررسی سیاره های پیرامون ستارگان دیگر نیز استفاده کرد و با بررسی کهکشان های دوردست، سرآغاز های جهان را شناخت. علاوه بر این ابزارهای موجود در ایستگاه فضایی را بسیار آسان تر از تلسکوپ فضایی هابل می توان تعمیر یا تعویض کرد.

پژوهش های مهندسی؛ بیشتر پژوهش های مهندسی انجام شده در ایستگاه فضایی به بررسی اثرهای محیط فضا روی چگونگی تولید مواد جدید، دستیابی به فناوری های نوین از جمله فناوری های جدید برای تولید مواد سودمند، ساخت سلول های خورشیدی، ساخت ماهواره ها و فضاپیما های ارتباطی جدید و سامانه های حفاظت حیات برای نسل آینده فضاپیما ها اختصاص دارد.

گریز از ایستگاه فضایی

اگر یکی از ساکنان ایستگاه فضایی مجروح، مصدوم یا بیمار شود، باید در سریع ترین زمان ممکن او را به زمین منتقل کرد. در صورت بروز آتش سوزی یا دیگر حوادث تهدیدکننده سلامت فضانوردان نیز لازم است همه فضانوردان از ایستگاه خارج شوند. بنابراین لازم است که به روشی برای خروج سریع از ایستگاه اندیشید. همیشه یک کپسول سایوز به ایستگاه فضایی متصل است که می تواند سه نفر را به زمین برگرداند. ناسا تصمیم داشت یک فضاپیمای ویژه برای بازگرداندن فضانوردان از ایستگاه طراحی کند که X-38 نام دارد. این فضاپیما گنجایش هفت سرنشین را دارد. با توجه به هزینه های بسیار این فضاپیما، ساخت آن به تعویق افتاده که البته مخالفت بسیاری از کشورهای عضو این ایستگاه را در پی داشته است.