Rymdstation

Storleksjämförelser mellan nuvarande och tidigare rymdstationer som de såg ut senast. Solfångare i blått, värmeelement i rött. Observera att stationer har olika djup som inte visas av silhuetter.

En rymdstation är en rymdfarkost som kan stödja en mänsklig besättning i omloppsbana under en längre tid, och är därför en typ av rymdhabitat . Den saknar stora framdrivnings- eller landningssystem . En orbital station eller en orbital rymdstation är en konstgjord satellit (dvs en typ av orbital rymdfärd ). Stationer måste ha dockningsportar så att andra rymdfarkoster kan docka för att överföra besättning och förnödenheter. Syftet med att upprätthålla en orbital utpost varierar beroende på programmet. Rymdstationer har oftast skjutits upp i vetenskapliga syften, men militära uppskjutningar har också förekommit.

Rymdstationer har hittills hyst den enda långvariga direkta mänskliga närvaron i rymden. Efter den första stationen Salyut 1 (1971) och dess tragiska Soyuz 11- besättning, har rymdstationer drivits i följd sedan Skylab (1973), efter att ha tillåtit en utveckling av långvarig direkt mänsklig närvaro i rymden. Stationer har ockuperats av på varandra följande besättningar sedan 1987 med Salyut -efterträdaren Mir . Oavbruten ockupation av stationer har uppnåtts sedan den operativa övergången från Mir till ISS , med sin första ockupation 2000. ISS har varit värd för det högsta antalet människor i omloppsbana samtidigt och nådde 13 för första gången under de elva dagdockning av STS-127 2009.

två fullt fungerande rymdstationer i låg omloppsbana om jorden (LEO) – den internationella rymdstationen (ISS) och Kinas rymdstation Tiangong (TSS). ISS har varit permanent bebodd sedan oktober 2000 med Expedition 1- besättningarna och TSS började kontinuerligt befolkas med Shenzhou 14- besättningarna i juni 2022. Dessa stationer används för att studera effekterna av rymdfärd på människokroppen, samt för att tillhandahålla en plats för att genomföra ett större antal och längre längd av vetenskapliga studier än vad som är möjligt på andra rymdfarkoster. År 2022 avslutade TSS sin fas 1-konstruktion med tillägget av två labbmoduler, Wentian ("Quest for the Heavens") som lanserades den 24 juli 2022 och Mengtian ("Drömmer om himlen") lanserades den 31 oktober 2022, och gick med i ISS som den senaste rymdstationen i omloppsbana. I juli 2022 Ryssland avsikter att dra sig ur ISS efter 2024 för att bygga en egen rymdstation. Det har funnits många nedlagda rymdstationer, inklusive Sovjetunionens Salyuts , Rysslands Mir , NASA:s Skylab och Kinas Tiangong 1 och Tiangong 2 .

Historia

Från och med den ödesdigra flygningen av Soyuz 11 -besättningen till Salyut 1 , har alla nya rekord för mänskliga rymdfärder satts ombord på rymdstationer. Varaktighetsrekordet för en enda rymdfärd är 437,75 dagar, satt av Valeri Polyakov ombord på Mir från 1994 till 1995. Från och med 2021 har fyra kosmonauter genomfört enstaka uppdrag på över ett år, alla ombord på Mir . Den sista rymdstationen för militär användning var den sovjetiska Salyut 5 , som lanserades under Almaz -programmet och kretsade mellan 1976 och 1977.

Tidiga begrepp

Det första omnämnandet av något som liknar en rymdstation inträffade i Edward Everett Hales 1869 " The Brick Moon" . De första att seriöst, vetenskapligt grundade överväganden om rymdstationer var Konstantin Tsiolkovsky och Hermann Oberth med cirka två decennier från varandra i början av 1900-talet. År 1929 publicerades Herman Potočniks The Problem of Space Travel, den första som föreställde sig en rymdstation med "roterande hjul" för att skapa artificiell gravitation . Konceptualiserad under andra världskriget , " solpistolen " var ett teoretiskt orbitalt vapen som kretsade runt jorden på en höjd av 8 200 kilometer (5 100 mi). Ingen ytterligare forskning utfördes någonsin. 1951 Wernher von Braun ett koncept för en rymdstation med roterande hjul i Collier's Weekly , med hänvisning till Potočniks idé. Utvecklingen av en roterande station påbörjades dock aldrig på 1900-talet.

Salyut, Almaz och Skylab

Den amerikanska Skylab-stationen på 1970-talet

1971 utvecklade och lanserade Sovjetunionen världens första rymdstation, Salyut 1 . Almaz- och Salyut-serierna fick så småningom sällskap av Skylab , Mir och Tiangong-1 och Tiangong -2 . Hårdvaran som utvecklades under de första sovjetiska ansträngningarna är fortfarande i bruk, med utvecklade varianter som utgör en betydande del av ISS, som kretsar idag. Varje besättningsmedlem vistas ombord på stationen i veckor eller månader, men sällan mer än ett år.

Tidiga stationer var monolitiska konstruktioner som konstruerades och lanserades i ett stycke, vanligtvis innehållande alla deras förnödenheter och experimentell utrustning. En besättning skulle sedan lanseras för att ansluta sig till stationen och utföra forskning. Efter att förråden hade förbrukats övergavs stationen.

Den första rymdstationen var Salyut 1 , som lanserades av Sovjetunionen den 19 april 1971. De tidiga sovjetstationerna betecknades alla "Salyut", men bland dessa fanns två distinkta typer: civila och militära. Militärstationerna, Salyut 2 , Salyut 3 , och Salyut 5 , var också kända som Almaz- stationer.

De civila stationerna Salyut 6 och Salyut 7 byggdes med två dockningshamnar, vilket gjorde det möjligt för en andra besättning att besöka, vilket tog med sig en ny rymdfarkost; Sojuz -färjan kunde tillbringa 90 dagar i rymden, då den behövde ersättas av en ny Sojuz-rymdfarkost. Detta gjorde det möjligt för en besättning att bemanna stationen kontinuerligt. Den amerikanska Skylab (1973–1979) var också utrustad med två dockningsportar, som andra generationens stationer, men den extra porten användes aldrig. Närvaron av en andra hamn på de nya stationerna gjorde det möjligt för Progress- försörjningsfordon att dockas till stationen, vilket innebar att färska förnödenheter kunde tas med för att underlätta långvariga uppdrag. Detta koncept utökades på Salyut 7, som "hårt dockade" med en TKS bogserbåt kort innan den övergavs; detta fungerade som ett proof-of-concept för användningen av modulära rymdstationer. De senare saljuterna kan rimligtvis ses som en övergång mellan de två grupperna.

Mir och Apollo–Soyuz

Mir- stationen sågs 1998

hade den sovjetiska rymdstationen Mir en modulär design ; en kärnenhet lanserades och ytterligare moduler, vanligtvis med en specifik roll, lades senare till. Denna metod möjliggör större flexibilitet i driften, samt tar bort behovet av en enda oerhört kraftfull bärraket . Modulära stationer är också designade från början för att få sina förnödenheter tillhandahållna av logistiska stödfartyg, vilket möjliggör en längre livslängd till priset av att kräva regelbundna supportlanseringar.

Internationell rymdstation

Utsikt över den internationella rymdstationen 2021

ISS är uppdelad i två huvudsektioner, det ryska orbitalsegmentet (ROS) och det amerikanska orbitalsegmentet (USOS). Den första modulen till den internationella rymdstationen, Zarya , lanserades 1998.

Det ryska orbitalsegmentets "andra generationens" moduler kunde starta på Proton , flyga till rätt omloppsbana och docka sig själva utan mänsklig inblandning. Anslutningar görs automatiskt för kraft, data, gaser och drivmedel. Den ryska autonoma strategin tillåter montering av rymdstationer före uppskjutningen av besättningen.

De ryska "andra generationens" moduler kan konfigureras om för att passa förändrade behov. Från och med 2009 övervägde RKK Energia att ta bort och återanvända några moduler av ROS på Orbital Piloted Assembly and Experiment Complex efter att uppdraget har nåtts för ISS. Men i september 2017 sa chefen för Roscosmos att den tekniska genomförbarheten av att separera stationen för att bilda OPSEK hade studerats, och det fanns nu inga planer på att separera det ryska segmentet från ISS.

Däremot lanserades de viktigaste amerikanska modulerna på rymdfärjan och fästes till ISS av besättningar under EVAs . Anslutningar för elkraft, data, framdrivning och kylvätskor görs också vid denna tidpunkt, vilket resulterar i ett integrerat block av moduler som inte är konstruerat för demontering och som måste deorbiteras som en massa.

Axiom Orbital Segment är ett planerat kommersiellt segment som ska läggas till ISS från och med mitten av 2020-talet. Axiom Space fick NASA-godkännande för satsningen i januari 2020. Upp till tre Axiom-moduler kommer att anslutas till den internationella rymdstationen. Den första modulen kan lanseras senast 2024 och kommer att dockas till den främre hamnen i Harmony , vilket kräver omplacering av PMA-2 . Axiom Space planerar att koppla upp till två extra moduler till sin första kärnmodul och skicka privata astronauter att bebo modulerna. Modulerna kan en dag lossna i Axiom Station på ett sätt som liknar Rysslands föreslagna OPSEK.

Tiangong program

Rendering av den färdiga rymdstationen Tiangong i november 2022

Kinas första rymdlaboratorium, Tiangong-1, sjösattes i september 2011. Den obemannade Shenzhou 8 genomförde sedan framgångsrikt ett automatiskt möte och dockning i november 2011. Den bemannade Shenzhou 9 dockade sedan med Tiangong-1 i juni 2012, följt av den bemannade Shenzhou 10:an 2013. ^{[ citat behövs ]}

Enligt China Manned Space Engineering Office gick Tiangong-1 in över södra Stilla havet , nordväst om Tahiti , den 2 april 2018 kl. 00:15 UTC.

Ett andra rymdlaboratorium Tiangong-2 lanserades i september 2016, medan en plan för Tiangong-3 slogs samman med Tiangong-2. Stationen gjorde ett kontrollerat återinträde den 19 juli 2019 och brann upp över södra Stilla havet.

Tiangongs lutning rymdstation ( kinesiska : 天宫 ; pinyin : Tiāngōng ; lit. 'Himmelska palatset'), vars första modul lanserades den 29 april 2021, är i låg omloppsbana om jorden, 340 till 450 kilometer över jorden i en omloppsbana av 42° till 43°. Dess planerade konstruktion via 11 totala lanseringar under 2021-22 är avsedd att utöka kärnmodulen med två laboratoriemoduler, som kan ta emot upp till sex besättningar.

Planerade projekt

Dessa rymdstationer har tillkännagivits av sin värdenhet och är för närvarande under planering, utveckling eller produktion. Lanseringsdatumet som anges här kan ändras när mer information blir tillgänglig.

namn	Entitet	Program	Besättningsstorlek	Lanseringsdag	Anmärkningar
Lunar Gateway	NASA ESA CSA JAXA	Artemis	4	november 2024	Avsedd att fungera som en vetenskapsplattform och som uppställningsområde för månlandningarna av NASA :s Artemis-program och uppföljande mänskligt uppdrag till Mars .
Axiom Station	Axiom Space	Program för den internationella rymdstationen	TBD	2024	Kommer så småningom att lossna från ISS i slutet av 2020-talet och bilda en privat, friflygande rymdstation för kommersiell turism och vetenskapsaktiviteter.
Russian Orbital Service Station (ROSS)	Roscosmos	Rysslands nästa generations rymdstation.	TBD	2025	När Ryssland lämnade ISS-programmet 2024 tillkännagav Roscosmos denna nya rymdstation i april 2021 som ersättning för det programmet.
Starlab rymdstation	NanoRacks Voyager Space Lockheed Martin	Privat	4	2027	"Kommersiell plattform som stödjer en verksamhet utformad för att möjliggöra vetenskap, forskning och tillverkning för kunder över hela världen."
Orbital Reef Station	Blå Ursprung Sierra Space	Privat	10	andra halvan av 2020-talet	"Kommersiell station i LEO för forskning, industriella, internationella och kommersiella kunder."
ISRO rymdstation	ISRO	Indian Human Spaceflight Program	3	~2030	ISRO:s ordförande K. Sivan meddelade 2019 att Indien inte kommer att ansluta sig till den internationella rymdstationen och istället kommer att bygga en rymdstation på 20 ton på egen hand. Det är tänkt att byggas inom de närmaste 5–7 åren,
Lunar Orbital Station (LOS)	Roscosmos		TBD	efter 2030
TBD	Northrop Grumman	Privat	4–8		"att tillhandahålla en basmodul för utökade möjligheter inklusive vetenskap, turism, industriella experiment"

Inställda projekt

Interiören av Skylab B , som visas på Smithsonians National Air and Space Museum

De flesta av dessa stationer lades ner på grund av ekonomiska svårigheter eller slogs samman med andra projekt.

namn	Entitet	Besättning	Annullering	Anmärkningar
Bemannat Orbiting Laboratory 1–7	USAF	2	1969	Boilerplate-uppdraget lanserades framgångsrikt, ett bredare projekt avbröts på grund av alltför höga kostnader
Skylab B	NASA	3	1976	Konstruerad, men lanseringen inställd på grund av bristande finansiering. Nu ett museiföremål.
OPS-4	USSR	3	1979	Konstruerat, men Almaz -programmet avbröts till förmån för obemannade rekonsatelliter.
Frihet	NASA	14–16	1993	Sammanslagna för att bilda grunden för den internationella rymdstationen .
Mir-2	Sovjetunionen Roscosmos	2
Columbus MTFF	ESA	3
Galaxy	Bigelow Aerospace	Robotisk	2007	Avbröts på grund av stigande kostnader och möjlighet att marktesta viktiga Galaxy-delsystem
Sundancer	Bigelow Aerospace	3	2011	Var under uppbyggnad, men avbröt till förmån för utveckling av B330 .
Almaz reklam	Excalibur Almaz	4+	2016	Sovjetisk hårdvara förvärvades, men lanserades aldrig på grund av brist på medel.
Tiangong-3	CNSA	3	2017	Målen för Tiangong-2 och 3 slogs samman och fullbordades av en enda station snarare än två separata stationer.
OPSEK	Roscosmos	2+	2017	Vissa moduler som Nauka lanserades och kopplades till ISS- men förslag om att dela upp dessa som en separat station avbröts, och de förblir istället en del av ISS.
B330	Bigelow Aerospace	3	2020	Testartiklar konstruerades men inte flygfärdig hårdvara; inställd på grund av covid-19-pandemin .

Arkitektur

Två typer av rymdstationer har flugits: monolitiska och modulära. Monolitiska stationer består av ett enda fordon och avfyras av en raket. Modulära stationer består av två eller flera separata fordon som lanseras oberoende och dockade i omloppsbana. Modulära stationer är för närvarande att föredra på grund av lägre kostnader och större flexibilitet.

En rymdstation är ett komplext fordon som måste innehålla många inbördes relaterade delsystem, inklusive struktur, elkraft, termisk kontroll, attitydbestämning och kontroll , orbitalnavigering och framdrivning, automation och robotik, datorer och kommunikation, miljö och livsuppehållande, besättningsfaciliteter och besättnings- och godstransporter. Stationer måste fylla en användbar roll, som driver den kapacitet som krävs. ^{[ citat behövs ]}

Bana och syfte

Material

Rymdstationer är gjorda av hållbara material som måste klara rymdstrålning , inre tryck, mikrometeoroider och termiska effekter från solen och kalla temperaturer under mycket långa tidsperioder. De är vanligtvis gjorda av rostfritt stål , titan och högkvalitativa aluminiumlegeringar , med lager av isolering som Kevlar som ett ballistiskt sköldskydd.

Den internationella rymdstationen har en enda uppblåsbar modul, Bigelow Expandable Activity Module , som installerades i april 2016 efter att ha levererats till ISS på SpaceX CRS-8- återförsörjningsuppdraget. Denna modul, baserad på NASA-forskning på 1990-talet, vägde 1 400 kg (3 100 lb) och transporterades medan den komprimerades innan den fästes till ISS av rymdstationens arm och blåstes upp för att ge en volym på 16 kubikmeter (21 cu yd). Även om den ursprungligen designades för en livslängd på två år var den fortfarande fäst och användes för förvaring i augusti 2022.

Konstruktion

Salyut 1 - första rymdstationen, lanserad 1971
Skylab - lanserades i en enda lansering i maj 1973
MIR - första modulära rymdstationen monterad i omloppsbana
Internationell rymdstation - modulär rymdstation monterad i omloppsbana
Tiangong rymdstation - kinesisk rymdstation

Beboelighet

Rymdstationsmiljön ställer till en mängd olika utmaningar för människans beboelighet, inklusive kortsiktiga problem såsom begränsade tillgångar av luft, vatten och mat och behovet av att hantera spillvärme, och långsiktiga sådana som viktlöshet och relativt höga nivåer av joniserande strålning . Dessa tillstånd kan skapa långsiktiga hälsoproblem för rymdstationsinvånare, inklusive muskelatrofi , benförsämring , balansstörningar , synstörningar och förhöjd risk för cancer .

Framtida rymdmiljöer kan försöka ta itu med dessa problem och kan utformas för ockupation utöver de veckor eller månader som nuvarande uppdrag vanligtvis pågår. Möjliga lösningar inkluderar skapandet av artificiell gravitation genom en roterande struktur , införandet av strålningsskärmning och utvecklingen av jordbruksekosystem på plats. Vissa mönster kan till och med rymma ett stort antal människor, och blir i huvudsak "städer i rymden" där människor skulle bo semi-permanent.

Formar som utvecklas ombord på rymdstationer kan producera syror som bryter ned metall, glas och gummi. Trots ett växande utbud av molekylära tillvägagångssätt för att detektera mikroorganismer förblir snabba och robusta metoder för att bedöma den differentiella livsdugligheten hos de mikrobiella cellerna, som en funktion av fylogenetisk härstamning, svårfångade.

Kraft

Liksom obemannade rymdfarkoster nära solen, är rymdstationer i det inre solsystemet i allmänhet beroende av solpaneler för att få ström.

Livsuppehållande

Luft och vatten från rymdstationen tas upp i rymdfarkoster från jorden innan de återvinns. Kompletterande syre kan tillföras av en syrgasgenerator för fast bränsle .

Kommunikationer

Ockupation

Rymdstationer har hittills hyst den enda långvariga direkta mänskliga närvaron i rymden. Efter den första stationen Salyut 1 (1971) och dess tragiska Soyuz 11- besättning, har rymdstationer drivits i följd sedan Skylab (1973-1974), efter att ha tillåtit en utveckling av långvarig direkt mänsklig närvaro i rymden. Långvariga bosatta besättningar har fått sällskap av besökande besättningar sedan 1977 ( Salyut 6 ), och stationer har ockuperats av på varandra följande besättningar sedan 1987 med Salyut - efterträdaren Mir . Oavbruten ockupation av stationer har uppnåtts sedan den operativa övergången från Mir till ISS , med sin första ockupation 2000. ISS har varit värd för det högsta antalet människor i omloppsbana samtidigt och nådde 13 för första gången under de elva dagdockning av STS-127 2009.

Operationer

Återförsörjnings- och besättningsfordon

Många rymdfarkoster används för att docka med rymdstationerna. Soyuz flight T-15 i mars till juli 1986 var den första och från och med 2016 den enda rymdfarkost som besökte två olika rymdstationer, Mir och Salyut 7 .

Internationell rymdstation

Den internationella rymdstationen har fått stöd av många olika rymdfarkoster.

Framtida
Nuvarande
- Northrop Grumman Cygnus (2013-nutid)
- Roscosmos Progress (flera varianter) (2000-nutid)
- Energia Soyuz (flera varianter) (2001-nutid)
- SpaceX Dragon 2 (2020-nutid)
Pensionerad
- Automated Transfer Vehicle (ATV) (2008-2015)
- H-II Transfer Vehicle (HTV) (2009-2020)
- Rymdfärjan (1998-2011)
- SpaceX Dragon (2012-2020)

Tiangong rymdstation

Rymdstationen Tiangong stöds av följande rymdfarkoster.

Shenzhou (2021-nutid)
Tianzhou (2021-nutid)

Tiangong-program

Tiangong -programmet förlitade sig på följande rymdskepp.

Shenzhou-programmet (2011–2016)

Mir

Rymdstationen Mir var i omloppsbana från 1986 till 2001 och fick stöd och besök av följande rymdfarkoster.

Roscosmos Progress (flera varianter) (1986-2000) - Ytterligare ett Progress-rymdskepp användes 2001 för att kretsa runt Mir.
Energia Soyuz (flera varianter) (1986-2000)
Rymdfärjan (1995-1998)

Skylab

Apollo kommando- och servicemodul (1973-1974)

Salyut-programmet

Energia Soyuz (flera varianter) (1971–1986)

Dockning och förtöjning

Underhåll

Forskning

Forskning som utfördes på Mir inkluderade det första långsiktiga rymdbaserade ESA-forskningsprojektet EUROMIR 95 som varade i 179 dagar och inkluderade 35 vetenskapliga experiment.

Under de första 20 åren av den internationella rymdstationens drift pågick cirka 3 000 vetenskapliga experiment inom områdena biologi och bioteknik, teknologiutveckling, utbildningsverksamhet, mänsklig forskning, fysik och jord- och rymdvetenskap.

Materialforskning

Rymdstationer är en användbar plattform för att testa prestanda, stabilitet och överlevnadsförmåga hos material i rymden. Denna forskning följer på tidigare experiment som Long Duration Exposure Facility , en friflygande experimentplattform som flög från april 1984 till januari 1990.

Mir Environmental Effects Payload (1996-1997)
Materials International Space Station Experiment (2001-idag)

Människoforskning

Botanik

Rymdturism

På den internationella rymdstationen betalar gäster ibland 50 miljoner dollar för att tillbringa veckan som astronaut . Senare rymdturismen att expandera när uppskjutningskostnaderna sänks tillräckligt. I slutet av 2020-talet rymdhotell bli relativt vanliga. ^{[ citat behövs ]}

Finansiera

Eftersom det för närvarande kostar i genomsnitt $10 000 till $25,000 per kilogram att skjuta upp någonting i omloppsbana, förblir rymdstationer den exklusiva provinsen för statliga rymdorganisationer som i första hand finansieras via skatter . När det gäller den internationella rymdstationen utgör rymdturismen ytterligare en del pengar för att driva den .

Arv

Teknikens spin-offs

Internationellt samarbete

Kulturell påverkan

" The Brick Moon " – en serie från 1869 av Edward Everett Hale – var den första fiktiva rymdstationen eller livsmiljön.

Begreppen rymdstationer och rymdmiljöer ingår i science fiction . Skillnaden mellan de två är att livsmiljöer är större och mer komplexa strukturer avsedda som permanenta hem för betydande befolkningar (även om generationsfartyg också passar in på denna beskrivning, anses de vanligtvis inte vara rymdhabitat eftersom de är på väg mot en destination), men gränsen mellan de två är luddiga med betydande överlappning och termen rymdstation används ibland för båda begreppen. Den första sådana konstgjorda satelliten i fiktion var Edward Everett Hales " The Brick Moon " 1869, en sfär av tegelstenar med en diameter på 61 meter som av misstag lanserades i omloppsbana runt jorden med människor kvar ombord.

Rymdens livsmiljö

Bibliografi

Chladek, Jay (2017). Outposts on the Frontier: A Fifty-Year History of Space Stations . University of Nebraska Press . ISBN 978-0-8032-2292-2 .
Haeuplik-Meusburger: Arkitektur för astronauter – en aktivitetsbaserad strategi . Springer Praxis Books, 2011, ISBN 978-3-7091-0666-2 .
Ivanovich, Grujica S. (7 juli 2008). Salyut: den första rymdstationen: triumf och tragedi . Praktik. sid. 426 . ISBN 978-0-387-73585-6 .
Neri Vela, Rodolfo (1990). Bemannade rymdstationer" Deras konstruktion, drift och potentiella tillämpning . Paris: European Space Agency SP-1137. ISBN 978-92-9092-124-0 .