انسان چگونه بیش از ۲ دهه در فضا زندگی کرده است؟

ایستگاه فضایی "اسکای‌لب" نخستین ایستگاه پژوهشی ناسا در فضا بود که بین سال‌های ۱۹۷۳ تا ۱۹۷۹ در مدار زمین قرار داشت. "اسکای‌لب" تنها ایستگاه فضایی بود که به ‌طور انحصاری توسط ایالات متحده کار می‌کرد. یک ایستگاه دائمی که از سال ۱۹۸۸ برای مدت(حداقل) ۱۰ سال برنامه‌ریزی شده بود، اما بودجه آن لغو و تصمیم به مشارکت در ساخت یک ایستگاه فضایی بین‌المللی در سال ۱۹۹۳ گرفته شد.

"اسکای‌لب" دارای جرم ۹۰ هزار و ۶۱۰ کیلوگرمی و جرم ماژول "آپولو" ۱۴ هزار کیلوگرم بود. ماژول خدمات موسوم به "csm" به آپولو متصل بود و شامل یک کارگاه آموزشی، رصدخانه خورشیدی و چند صد آزمایشگاه علوم زیستی و علوم فیزیکی بود. این ایستگاه توسط موشک اصلاح شده "ساترن وی"(Saturn V ) به نام "Saturn INT-۲۱" به مدار نزدیک زمین پرتاب شد و این آخرین پرواز برای موشکی بود که پیشتر برای مأموریت‌های فرود فضاپیمای "آپولو" در ماه مشهور بود.

"میر-۲" نیز یک پروژه ایستگاه فضایی شوروی بود که در فوریه ۱۹۷۶ آغاز شد. برخی از ماژول‌های ساخته شده برای "میر-۲" در ایستگاه فضایی بین‌المللی گنجانده شده‌اند. این پروژه تاکنون دستخوش تغییرات زیادی شده است.

مونتاژ ایستگاه فضایی بین‌المللی ۱۰ سال و بیش از ۳۰ ماموریت طول کشید. این ایستگاه فضایی نتیجه همکاری بی‌سابقه علمی و مهندسی بین پنج آژانس فضایی به نمایندگی از ۲۱ کشور است که شامل "ناسا" از ایالات متحده آمریکا، "روسکاسموس" از روسیه، "ژاکسا"(آژانس هوافضای ژاپن) از ژاپن، آژانس فضایی کانادا(CSA) از کانادا و آژانس فضایی اروپا(ESA) شامل ۱۶ کشور عضو اتحادیه اروپا و بریتانیا هستند.

ایستگاه فضایی بین‌المللی با آزمایشگاه‌های کاملاً مجهز و سیستم‌های پیشرفته پشتیبانی از حیات که با صفحات خورشیدی تغذیه می‌شوند، فضایی برای زندگی و کار با گنجایش تا هفت خدمه را دارد که انواع تحقیقات را در مدار نزدیک زمین(LEO) انجام می‌دهند.

اکنون به مناسبت سالگرد پرتاب ایستگاه فضایی بین‌المللی می‌خواهیم یکی از تاثیرگذارترین مهندسی‌ها را که تاکنون ایجاد شده است را بررسی کنیم.

ایستگاه فضایی ماژولار چیست؟

ایستگاه فضایی بین‌المللی(ISS) یک ایستگاه فضایی ماژولار یا متشکل از چند قطعه است. این بدان معنی است که این ایستگاه از چندین ماژول تحت فشار(در حال حاضر ۱۶ ماژول) ساخته شده است. این ماژول‌ها در زمان‌های مختلف در تاریخ ایستگاه فضایی بین‌المللی راه‌اندازی شده‌اند.

اولین ماژول‌ها شامل ماژول باری "زاریا"(Zarya) به معنای "طلوع خورشید" ساخت روسیه و ماژول اتصالی "یونیتی"(Unity) ساخت ایالات متحده در سال ۱۹۹۸ به فضا پرتاب شدند. در تاریخ شش دسامبر خدمه ماموریت "STS-۸۸" ماژول "زاریا" را با "یونیتی" به خوبی متصل کردند.

با این حال، این دو ماژول در ابتدا فاقد یک سیستم پشتیبانی طولانی مدت از حیات بودند و به همین دلیل بود که ایستگاه فضایی بین‌المللی تا سال ۲۰۰۰ هنوز مورد استفاده انسانی قرار نگرفته بود. تا آن زمان سومین ماژول یعنی ماژول خدمات "زیوزدا"(Zvezda) به معنای "ستاره" به ایستگاه فضایی بین‌المللی اضافه شده بود که محل‌های اقامت ایستگاه فضایی، سیستم‌های پشتیبانی از حیات، توزیع نیروی الکتریکی، سیستم‌های پردازش داده، سیستم‌های کنترل پرواز، سیستم‌های پیش‌رانش، سیستم‌های ارتباطی و یک اسکله را در ایستگاه فضایی بین‌المللی فراهم کرد و به عنوان سنگ بنای اولیه برای سکونت اولین انسان در این ایستگاه فضایی عمل کرد.

"زیوزدا" در مجموع دارای ۱۱ بخش است که به عنوان نقاط اتصال برای صفحات خورشیدی، رادیاتورهای کنترل حرارتی و محموله‌های خارجی و همچنین خطوط تاسیسات برق و خنک کننده و ریل‌های حمل و نقل متحرک عمل می‌کنند.

سپس ماژول آزمایشگاهی چند منظوره "نائوکا"(Nauka) به معنای "علم" در تاریخ ۲۱ ژوئیه ۲۰۲۱ پرتاب شد که آخرین ماژول ایستگاه فضایی بین‌المللی است. این ماژول به عنوان یک مرکز علمی، جایگاه اتصال با فضاپیماها و اتاق قفل هوا برای انجام راهپیمایی‌های فضایی عمل می‌کند.

گفتن است که برنامه‌هایی برای افزودن حداقل یک ماژول دیگر به ایستگاه فضایی بین‌المللی وجود دارد.

هدف از ایستگاه فضایی بین‌المللی چیست؟

هدف اصلی ایستگاه فضایی بین المللی خدمت به عنوان پایگاهی برای انجام تحقیقات علمی در زمینه‌های نجوم، اختر زیست شناسی، هواشناسی، شیمی، آب و هوای فضا، پزشکی فضایی و غیره است.

ایستگاه فضایی بین‌المللی برای انجام این تحقیقات، مجهز به هفت ماژول تحقیقاتی یا آزمایشگاهی به نام‌های "کلمبوس"(Columbus) ساخته آژانس فضایی اروپا، "دستینی"(Destiny) ساخته ناسا، "رسوت"(Rassvet) و "پویسک"(Poisk) ساخته روسکاسموس، "کیبو"(Kibo) ساخته ژاپن و "نائوکا"(Nauka) ماژول آزمایشگاهی چند منظوره ایستگاه فضایی و ساخته روسیه است.

ایستگاه فضایی بین‌المللی علاوه بر این آزمایشگاه‌ها، همچنین دارای سخت‌افزارهای علمی است که در نقاط مختلف بیرونی ایستگاه فضایی قرار دارد.

تاکنون حدود ۳۰۰۰ مطالعه یا آزمایش علمی در ایستگاه فضایی بین‌المللی انجام شده است. هر زمان که فضانوردان زمان بیشتری را به تحقیقات علمی در ایستگاه فضایی بین‌المللی اختصاص دادند، علم بشر شکوفا شده است. هدف بسیاری از این مطالعات، شناسایی اثرات شرایط ریزگرانش بر بدن انسان و نحوه رفتار مواد در فضا است.

در نهایت، بسیاری از این مطالعات می‌توانند راه را برای انسان‌ها به منظور سفر و اقامت طولانی‌مدت در فضا بدون تحلیل عضلانی و استخوانی که برخی از شایع‌ترین مشکلات سلامتی مرتبط با قرار گرفتن در شرایط بی‌وزنی هستند، هموار کنند. در واقع خدمه مقیم ایستگاه فضایی بین‌المللی باید هر روز حدود دو ساعت ورزش کنند تا از این مشکلات جلوگیری کنند. به همین دلیل است که ایستگاه فضایی بین‌المللی مجهز به تردمیل سازگار با فضا، دوچرخه ثابت و تجهیزات وزنه‌زنی است.

ضمن اینکه مطالعات دیگر، بر جو زمین و پرتوهای کیهانی خورشید تمرکز دارند. خدمه ایستگاه فضایی بین‌المللی همچنین تحقیقاتی را در مورد غبار کیهانی، ماده تاریک و پادماده در جهان و بسیاری دیگر از مسائل علمی انجام می‌دهند.

زندگی در ایستگاه فضایی بین‌المللی

زندگی در ایستگاه فضایی بین‌المللی به لطف سیستم‌های پیشرفته پشتیبانی از حیات که هوا، آب و غذا را برای فضانوردان فراهم می‌کنند، امکان‌پذیر شده است.

بیشتر اکسیژن مورد استفاده در ایستگاه فضایی بین‌المللی از طریق الکترولیز تولید می‌شود؛ فرآیندی که در آن از برق تولید شده توسط صفحات خورشیدی ایستگاه فضایی برای تجزیه آب به گاز هیدروژن و گاز اکسیژن استفاده می‌شود. اکسیژن در فضای ایستگاه آزاد می‌شود تا فضانوردان بتوانند آزادانه و بدون نیاز به هیچ دستگاهی نفس بکشند. کربن دی اکسید بازدم آنها نیز با استفاده از زئولیت؛ ماده‌ای اسفنج مانند که کربن دی اکسید را جذب می‌کند، از هوای ایستگاه حذف می‌شود.

اما آب آشامیدنی و مورد نیاز فضانوردان ایستگاه فضایی از کجا می‌آید؟ بردن آب از زمین به ایستگاه فضایی بین‌المللی بسیار دشوار و پرهزینه است. در نظر بگیرید که حداقل ۴۰۰۰ گالن آب در سال برای چهار نفر در ایستگاه فضایی مورد نیاز است و این در حالی است که ایستگاه فضایی بین‌المللی معمولا از هفت نفر میزبانی می‌کند. بنابراین تولید آب یا بهتر بگوییم، استفاده مجدد از آن در ایستگاه فضایی عملی‌تر است.

"سیستم احیای آب"(WRS) در ایستگاه فضایی بین‌المللی، آب را از ادرار فضانوردان و همچنین رطوبت و تراکم موجود در ایستگاه فضایی می‌گیرد و آن را تصفیه می‌کند تا به آب آشامیدنی تبدیل شود. مقداری آب نیز از زمین به ایستگاه فضایی فرستاده می‌شود تا اطمینان حاصل شود که آب شیرین کافی برای خدمه فراهم می‌شود.

خدمه از این آب برای تولید اکسیژن، نوشیدن و شستشو استفاده می‌کنند. در ایستگاه فضایی بین‌المللی دوش وجود ندارد، زیرا آب در اثر شرایط ریزگرانش به پایین سقوط نمی‌کند و معلق می‌ماند. در عوض، فضانوردان از صابون مایع، آب و شامپوی بدون نیاز به شستشو استفاده می‌کنند. آنها آب و صابون مایع را ر وی پوست خود می‌کشند و با حوله آن را خشک می‌کنند.

در مورد غذا نیز این گونه است که غذای مورد نیاز فضانوردان از زمین به ‌عنوان وعده‌های غذایی از پیش آماده در کیسه‌های بی‌هوا موسوم به "زیپ‌لاک" و کنسرو به ایستگاه فضایی بین‌المللی برده می‌شود. فضانوردان دارای مایکروفر و فِرهای کانوکشن هستند که می‌توانند با آنها آشپزی کنند.

در "فر کانوکشن" انتقال حرارت خشک در کابین پخت وجود دارد که برای ایجاد رطوبت با اسپری شدن ذرات پودری آب به محفظه داغ بخار در کابین تولید و باعث ایجاد رطوبت مورد نیاز پخت می‌شود.

بسیاری از غذاهای ارسالی به ایستگاه فضایی خشک می شوند تا فاسد یا آلوده نشوند. اما فضانوردان همچنین برخی از غذاهای تازه(عمدتا میوه‌ها و سبزیجات) را در یخچال نگهداری می‌کنند. مواد غذایی آنها معمولاً هر دو ماه یک بار توسط یک فضاپیما شارژ می‌شود.

خدمه ایستگاه فضایی بین‌المللی همچنین می‌توانند با استفاده از دستگاه قهوه ساز فضایی به نام "ISSpresso" برای خودشان قهوه درست کنند. آنها همچنین به چای، لیموناد و آب پرتقال دسترسی دارند. اما باید همه این نوشیدنی‌ها را با نی بنوشند، زیرا مایعات به دلیل شرایط ریزگرانش از لیوان بیرون می‌آیند و به اطراف می‌روند.

فضانوردان پس از خوردن و نوشیدن، حتما می‌خواهند که به دستشویی بروند. باز هم به دلیل شرایط ریزگرانش، آنها باید خود را به توالت ببندند. ضمن اینکه برای جلوگیری از معلق و شناور شدن فضولات، توالت ایستگاه فضایی دارای یک فن مکنده است که آنها را به درون می‌مکد.

در مورد خواب نیز فضانوردان حاضر در ایستگاه فضایی بین‌المللی، خود را در کیسه‌های خواب در کابین‌های کوچک می‌پیچند. هر کابین به اندازه کافی برای یک نفر جا دارد. با توجه به اینکه دراز کشیدن بر روی یک تخت در شرایط ریزگرانش امکان پذیر نیست، آنها به سادگی در حالی که در آن کابین شناور هستند، می‌خوابند. برخی از فضانوردان با استفاده از طناب یا چسباندن سر خود به یک بالش با چسب، احساس پتو کشیدن و خوابیدن در زمین را شبیه‌سازی می‌کنند تا احساسی شبیه به واقعیت از دراز کشیدن روی یک تخت داشته باشند.

ایستگاه فضایی بین المللی چقدر در مدار نزدیک زمین می‌ماند؟

اگرچه ایستگاه فضایی بین‌المللی هنوز به خوبی کار می‌کند، اما ناسا قصد دارد تا پایان همین دهه میلادی آن را بازنشسته کند. یک طرح این است که شرکت‌های خصوصی ایستگاه‌های فضایی جدید بسازند. به این ترتیب، ناسا می‌تواند سالانه یک میلیارد دلار در هزینه‌هایش صرفه‌جویی کند و می‌تواند از این پول برای تامین هزینه ماموریت‌های سفر به ماه، مریخ و احتمالا فراتر از آن استفاده کند.