ایستگاه فضایی بین المللی (ISS) یک ایستگاه فضایی مدولار (ماهواره مصنوعی قابل سکونت) در مدار نزدیک زمین LEO است. این یک پروژه مشترک چند ملیتی است که شامل پنج آژانس فضایی شرکت‌کننده است: ناسا (ایالات متحده)، روسکاسموس (روسیه)، JAXA (ژاپن)، ESA (اروپا)، و CSA (کانادا). مالکیت و استفاده از ایستگاه فضایی توسط معاهدات و توافقات بین دولتی ایجاد شده است.
همان‌طور که در مقاله مهندسی هوافضا چیست؟ (گرایش ها، بازار کار و درآمد) اشاره شد، این ایستگاه به عنوان یک آزمایشگاه تحقیقاتی ریز گرانش و محیط فضایی عمل می‌کند که در آن تحقیقات علمی در اختر زیست‌شناسی، نجوم، هواشناسی، فیزیک و سایر زمینه‌ها انجام می‌شود و همچنین برای آزمایش سیستم‌های فضاپیما و تجهیزات مورد نیاز برای ماموریت‌های طولانی‌مدت احتمالی آینده به ماه و مریخ مناسب است.
فهرست مطالب
ایستگاه فضایی بینالمللی و تاریخچه آن
برنامه ISS از "ایستگاه فضایی آزادی"، یک پیشنهاد از آمریکایی‌ها که در سال 1984 برای ساخت یک ایستگاه دائمی در مدار زمین طراحی شد و پیشنهاد میر-2 شوروی/روسیه از سال 1976 با اهداف مشابه، شکل گرفت. ایستگاه فضایی بینالمللی نهمین ایستگاه فضایی است که خدمه در آن ساکن می‌شوند، به دنبال ایستگاه‌های سالیوت، آلماز و میر شوروی و بعد از آن روسیه و اسکای لب آمریکایی.
این بزرگ‌ترین جسم مصنوعی در فضا و بزرگ‌ترین ماهواره در مدار پایین زمین است که به‌طور منظم با چشم غیر مسلح از سطح زمین قابل مشاهده است و مداری را با ارتفاع متوسط 400 کیلومتر با استفاده از موتورهای ماژول سرویس Zvezda حفظ می‌کند. ایستگاه فضایی بینالمللی تقریبا در 93 دقیقه دور زمین می‌چرخد و هر روز 15.5 دور به دور زمین می‌چرخد. اگر به کسب اطلاعات جزئی‌تر در این حوزه علاقه‌مند هستید به مقاله ایستگاه فضایی بینالمللی در ویکی‌پدیا مراجعه نمایید.
ایستگاه فضایی بین المللی تقریبا 400 تن وزن دارد و مساحتی به بزرگی یک زمین فوتبال را پوشش می‌دهد. ساختن یک ایستگاه فضایی روی زمین و سپس پرتاب آن به فضا در یک حرکت غیرممکن بود چون هیچ موشکی به اندازه کافی بزرگ یا قدرت‌مند وجود ندارد. برای غلبه بر این مشکل، ایستگاه فضایی تکه تکه به فضا برده شد و به تدریج در مداری تقریبا 400 کیلومتر بالاتر از سطح زمین ساخته شد. این تجمیع به بیش از 40 ماموریت نیاز داشت.
ساختار و ماژول‌های ایستگاه فضایی بینالمللی
این ایستگاه به دو بخش تقسیم می‌شود: بخش مداری روسیه (ROS) توسط روسیه اداره می‌شود، در حالی که بخش مداری ایالات متحده (USOS) توسط ایالات متحده اداره می‌شود. بخش روسی شامل شش ماژول و بخش ایالات متحده شامل ده ماژول است که خدمات پشتیبانی آن‌ها به این صورت توزیع شده است: 76.6٪ برای ناسا، 12.8٪ برای JAXA، 8.3٪ برای ESA و 2.3٪ برای CSA توزیع شده است.
|
آژانس فضایی |
سهم (درصد) |
|
NASA |
76.6 |
|
JAXA |
12.8 |
|
ESA |
8.3 |
|
CSA |
2.3 |
ایستگاه فضایی بینالمللی یک سازه یکپارچه نیست و از ماژول‌هایی تشکیل شده که در طی زمان ارسال و به یکدیگر متصل شده‌اند تا سازه‌ای که امروزه به نام ایستگاه فضایی بینالمللی شناخته می‌شود را به وجود آورند.
ایستگاه فضایی بین المللی (iss) از شانزده ماژول تشکیل شده است که چهار ماژول روسی (Pirs, Zvezda, Poisk and Rassvet)، نه ماژول آمریکایی (Zarya, BEAM, Leonardo, Harmony, Quest, Tranquility, Unity, Cupola, and Destiny)، دو ماژول ژاپنی ( (JEM-ELM-PS and JEM-PM و یک ماژول (Columbus) ساخته آژانس فضایی اتحادیه اروپاست.
اولین ماژول ایستگاه فضایی، ماژول زاریا روسی بود که در سال 1998 به فضا ارسال شد و یک ماه بعد اولین ماژول آمریکایی یونیتی به همراه دو داکت PMA-1,2 توسط شاتل فضایی اندوور به آن متصل شد که با نام node-1 شناخته می‌شود.
سیستم‌های اتصال (داکینگ) در ISS
داکت PMA-1 اولین نسل داکت‌های مورد استفاده در ایستگاه فضایی بود که برای اتصال شاتل‌های فضایی به ایستگاه مورد استفاده قرار گرفت. به عبارتی Pressurized Mating Adapter نوعی از آداپتورهایی هستند که برای تبدیل مکانیزم‌های CBM به APAS-95 در قسمت آمریکایی ایستگاه استفاده می‌شدند.
برخلاف ایالات متحده که در سراسر برنامه‌های Skylab, Apollo و Space shuttle از داکینگ دستی و به وسیله کنترل خلبان استفاده می‌کردند، اتحاد جماهیر شوروی از همان ابتدا تلاش‌هایی برای استفاده از سیستم‌های خودکار می‌کرد.
اولین سیستم این چنینی با موفقیت در 30 اکتبر 1967 در ماموریت ایگلا هنگامی که دو کپسول بدون سرنشین سایوز kosmos 186 و kosmos 188 به طور خودکار به یکدیگر متصل شدند مورد آزمایش قرار گرفت.
اولین ماموریت سرنشین‌دار اتحاد جماهیر شوروی در 16 ژانویه 1969 به وقوع پیوست که دو فضانورد در کپسول سایوز 5 به کپسول بدون سرنشین سایوز 4 متصل و با یک راهپیمای فضایی به سایوز 4 منتقل شده و با سفینه غیر از چیزی که با آن پرتاب شده بودند فرود آمدند.
در دهه 70 میلادی اتحاد جماهیر شورروی فضاپیماهای سایوز را به تونل انتقال داخلی مجهز کرد تا از آن برای انتقال فضانوردان به ایستگاه فضایی سالیوت استفاده کند.
با آغاز به کار ایستگاه سالیوت 6 اتحاد جماهیر شوروی شروع به استفاده از فضاپیماهای باری پروگرس کرد که از سیستم داکینگ ایگلا استفاده می‌کرد. پس از مدتی با پروژه ایستگاه فضایی میر و سپس ایستگاه فضایی بینالمللی، با سیستم kurs جایگزین شد، بزرگ‌ترین تفاوت این دو سیستم در این بود که در سیستم ایگلا، ایستگاه فضایی هم نیاز بود که در پروسه اتصال همکاری کند و با تغییر وضعیت خود به نقطه اتصال برسد ولی در سیستم krus با استفاده از چندین آنتن رادیویی عمل هدایت و اتصال به‌طور خودکار انجام می‌شود.
در فهرست زیر مهم‌ترین سیستم‌های اتصال برای اتصال فضاپیماها و ماژول‌ها را نوشته‌ایم:
- APAS (Androgynous Peripheral Attach System)
- SSVP
- IDSS (International Docking System Standard)
- NDS (NASA Docking System)
- CBM (Common Berthing Mechanism)
- Hybrid Docking Adapters
ماژول‌های لغو شده
چندین ماژول برنامه‌ریزی شده برای ایستگاه در طول برنامه ISS لغو شد. دلایل شامل محدودیت‌های بودجه، غیر ضروری شدن ماژول‌ها و طراحی مجدد ایستگاه پس از فاجعه 2003 کلمبیا است. ماژول اسکان Centrifuge ایالات متحده میزبان آزمایشات علمی در سطوح مختلف گرانش مصنوعی بود. ماژول Habitation ایالات متحده به عنوان محل زندگی ایستگاه عمل می‌کرد. در عوض، محل زندگی در حال حاضر در سراسر ایستگاه پخش شده است.
ماژول کنترل موقت ایالات متحده و ماژول پیشرانه ایستگاه فضایی بینالمللی در صورت شکست پرتاب، جایگزین عملکردهای Zvezda می‌شدند. دو ماژول تحقیقاتی روسیه برای تحقیقات علمی برنامه‌ریزی شده بود. آن‌ها می‌توانستند به یک ماژول داکینگ جهانی روسی متصل شوند. پلتفرم قدرت علمی روسیه مستقل از آرایه‌های خورشیدی ITS به بخش مداری روسیه انرژی می‌داد.
هزینه ساخت و نگهداری
ISS به‌عنوان گران‌ترین آیتم واحدی که تا کنون ساخته شده است توصیف شده است. تا سال 2010، کل هزینه 150 میلیارد دلار آمریکا بود. این شامل بودجه 58.7 میلیارد دلاری ناسا (89.73 میلیارد دلار در سال 2021) برای ایستگاه از سال 1985 تا 2015، 12 میلیارد دلار روسیه، 5 میلیارد دلار اروپا، 5 میلیارد دلار ژاپن، 2 میلیارد دلار کانادا، و هزینه 36 پرواز شاتل برای ساخت ایستگاه است. هر کدام 1.4 میلیارد دلار یا در مجموع 50.4 میلیارد دلار برآورد شده است.
با فرض استفاده از 20000 نفر در روز از سال 2000 تا 2015 توسط خدمه دو تا شش نفره، هر نفر در روز 7.5 میلیون دلار هزینه خواهد داشت که کمتر از نیمی از 19.6 میلیون دلار (5.5 میلیون دلار قبل از تورم) به ازای هر نفر در روز Skylab است. پیش‌بینی می‌شود ماموریت این سیستم پیچیده ساخت بشر تا سال 2030 پایان یابد و به صورت کنترل‌شده در اقیانوس آرام سقوط کند.
اگر به مدل‌سازی و تحلیل سامانه‌های مختلف فضایی علاقه‌مند هستید، دوره آموزش (Systems Tool kit (STK مقدماتی و دوره آموزش (Systems Tool kit (STK پیشرفته را از دست ندهید. کاربران با استفاده از این نرم‌افزار می‌توانند پیچیده‌ترین سامانه‌های فضایی، اجرام سماوی، حرکت آن‌ها و... را شبیه‌سازی کنند. همچنین با این نرم‌افزار آشنایی ندارید، پیشنهاد می‌کنیم ابتدا مقاله معرفی نرم افزار STK، شبیه‌سازی سیستم‌های فضایی را مطالعه فرمایید.
آینده ایستگاه فضایی بینالمللی
همان‌گونه که بیان شد، ایستگاه فضایی بینالمللی در سال 2030 به روشی کنترل شده در اقیانوس آرام سقوط خواهد کرد. البته اگر جایگزین مناسبی برای آن یافت نشود، این امکان وجود دارد که بعد از این تاریخ هم فعال بماند. معاون ناسا برای عملیات‌های فضایی گفته است: ما مجبور نیستیم پرواز ایستگاه فضایی بینالمللی را در سال 2030 متوقف کنیم. این امر اجباری نیست. اما می‌خواهیم زمانی که پلتفرم‌های جدید در دسترس هستند، آن را عملی کنیم.
این نکته نیز قابل بیان است که روسیه تنها تا سال 2028 قصد فعالیت در آن را دارد. برخی نیز نگران این موضوع هستند که فشارهای ناشی از کمبود بودجه، ناسا را مجبور به کاهش بودجه ایستگاه‌های فضایی تجاری و تمدید فعالیت ISS پس از سال 2030 کند.
جمع‌بندی
در این مقاله با ساختار، تاریخچه و آینده ایستگاه فضایی بینالمللی آشنا شدیم. این موضوع از ابعاد مختلفی دارای اهمیت است، به‌خصوص این‌که تحقیقات علمی مهمی در نجوم، اخترشناسی، هواشناسی، فیزیک و سایر زمینه‌ها انجام می‌شود. همان‌طور که اشاره شد، شما دانش پژوهان گرامی می‌توانید در دوره‌های گروه آموزشی پارس پژوهان نسبت به شرکت در دوره‌های گرایش‌های مختلف رشته مهندسی هوافضا و همچنین سایر رشته‌های مهندسی اقدام نمایید.
نویسنده: حمیدرضا سمیع پور، مدیریت گروه آموزشی پارس پژوهان - رضا صفایی، کارشناس مدیریت صنعتی
