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抬头看,那个亮亮的、可能史上最贵的人造物体,20 岁了

图片:《地心引力》

One Two,公众号:astrolaws

国际空间站(下文简称 ISS)是人类历史上第九个载人空间站,前八个分别是前苏联的「礼炮」系列空间站(1 号,3~7 号),和平号空间站,以及美国的天空实验室。今天 ISS 20 岁了,我就和各位聊聊与国际空间站有关的 20 个冷知识。

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我们知道「International Space Station」是这个大家伙的正式名称,但在无线电通讯中,大家都称呼它为「Alpha」,这是因为第一批进驻空间站的宇航员 William Shepherd 和 Sergei Krikalev 都觉得「Alpha」这个称谓更加简洁。

其实在空间站正式定名以前,就有人提议把「Alpha」作为空间站的正式名称,但显然俄罗斯人是不乐意的。俄罗斯航天公司 Energia 的时任总裁 Yuri Semenov 就公开反对这个称呼,他认为和平号空间站才是真正的「Alpha」空间站,ISS 充其量就是「Beta」。

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不过呢,ISS 在某种意义上确实是前无古人的第一次:这是第一座由不同国家通力合作建造起来的空间站。美国航天局、欧洲空间局、俄罗斯航天局、日本航天局以及加拿大宇航局都参与了这一庞大的项目,参与国家的数量更是多达 16 个。

ISS 项目的初始成员国就有 15 个 图|NASA

比较遗憾的是,由于一些你懂的原因,中国一直无法参与 ISS 的相关项目,但谁又敢说这不是塞翁失马呢。

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国际空间站还有另一项第一:它可能是历史上最昂贵的人造物体,截至 2010 年,各个国家在 ISS 上的花费共计 1500 亿美元,到 2018 年,这个数字可能已经超过了 2000 亿(这是我不负责任的瞎猜,仅供参考)。

《异星觉醒》的编剧也觉得有那么贵 图|电影《异星觉醒》

不难想象为啥美国没打算自己单干,而是找来各位盟(xiǎo)友(dì),乃至昔日死敌合作。毕竟没有谁的钱是大风吹来的,地主家也没余粮啊~

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罗马不是一天建成的,ISS 也不是。我们把今天当作 ISS 的生日,是因为 ISS 的第一个部件——由俄罗斯负责建造的「曙光号」功能舱于 20 年前的今天搭载质子号火箭升空。

曙光号 图|NASA
2001 年 8 月的 ISS 图|NASA

1998 年到 2002 年是 ISS 建设的第一个高峰,大部分 ISS 部件由美国的航天飞机运送。而当 2003 年哥伦比亚号航天飞机失事后,美国航天局决定暂时停飞所有航天飞机,ISS 的搭建工作不得不停下脚步。

2005 年,随着航天飞机复飞,ISS 的建设重新走上正轨。到 2011 年,ISS 的建设工作算是基本完成,我们目前看到的 ISS 规模和 2011 年相比并无明显差异。ISS 最近一次部件更新是 2016 年,按照计划,未来 2 年内 ISS 还会迎来 5 个新部件。

2008 年 6 月的 ISS 图|NASA
2011 年 5 月的 ISS 图|NASA
2018 年 10 月的 ISS 图|NASA

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都说 90 后已经开始养生了,而更年轻的 95 后 ISS 也在考虑如何延长自己的寿命。在最开始的设想中,ISS 的寿命大概是 20 年,也就是在 2020 年前后,ISS 就会结束自己的使命。就我目前搜集到的信息来看,这个时间至少已经顺延到了 2024 年,理论上甚至可以到 2028 年,这样一来 ISS 还有机会迎来自己的而立之年。

不过这一切还得看 ISS 各成员国的态度,比如俄罗斯航天局就曾在 2015 年表示,会在 2024 年以前继续作为国际空间站的一份子。在此之后,国际空间站当中由俄罗斯建造的模块会被移除,这些模块将会用来搭建属于俄罗斯自己的新空间站。

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目前 ISS 的轨道近乎为正圆,近地点为 403 千米,远地点 408 千米,轨道倾角为 51.64°。

ISS 的轨道高度变化 图|phoenix7777@Wikipedia

观察图中数据不难发现,早期 ISS 的轨道高度相对较低,这是因为当时 ISS 还处在热火朝天的建设期,有大量的新部件需要安装,较低的轨道使得航天飞机可以运送更多物资前往空间站。当航天飞机在 2011 年退役后,ISS 将轨道提升至 400 千米左右并维持至今。

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ISS 的轨道距离地面较近,因此其轨道速度与第一宇宙速度速度相去不远,约为每秒 7.66 千米(第一宇宙速度为每秒 7.9 千米),换算成时速即为每小时 2.76 万千米,这使得 ISS 可以在一场足球赛左右的时间内环绕地球一圈(约 93 分钟)。

我们可以做一个粗略的估算,每一天 ISS 可以绕地球转 15 圈半,一年就是大概 5600 多圈。整整 20 年下来,ISS 已经围绕地球转了超过 11 万圈。

ISS 从 2018 年 9 月 14 日至 11 月 14 日的轨道模拟 图|phoenix7777@Wikipedia

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完全体的 ISS 有多大?根据美国航天局给出的数据,ISS 上的桁架长 107 米,太阳能电池板的长度为 73 米,加压舱的总长度也是 73 米。

这是什么意思呢?就投影面积而言,一个长 107 米宽 73 米的长方形就可以框住 ISS。或者这么说吧,如果想要把 ISS 从天上搬下来,我们需要找一个合适的足球场安放。我看了看,广州恒大的主场——广州天河体育中心足球场就是一个不错的选择。

根据卫星地图,以天河体育中心足球场的规模,容纳 ISS 绰绰有余 图|百度地图

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ISS 的大还有一个很直观的体现,那就是我们在地面可以很轻松地看见它,运用高倍率望远镜甚至可以分辨出细节。自前代铱星退役后,ISS 就成了目前最亮的人造卫星。

如果我们在 ISS 的正下方,我们就可以看到头顶有一个亮度超过金星的亮点。不过这是最理想的情况,一般我们看到的 ISS 亮度会略逊于金星。

有兴趣的朋友可以访问这个网站(heavens-above.com)查询 ISS 什么时候会经过自己的头顶。

2018 年 8 月于新疆吐鲁番拍摄的 ISS 过境 图|兹基派德

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别以为 ISS 的大只是通过太阳能电池板充场面,ISS 的内部空间其实也颇为可观。美国航天局宣称 ISS 的内部加压容积与波音 747 的内部容积相当,而宇航员的起居空间则比一般的六居室房屋还要大。ISS 上有六个独立睡眠区,两间浴室,一个健身房,以及一个 360°全景窗。

数据显示 ISS 的可居住容积为 388 立方米,在地面上我们一般不用体积来描述居住空间,如果以一般地面房屋层高 2.8 米计算,388 立方米相当于一间约 140 平方米的房子,这么看 ISS 也勉强算是个大户型了。如果按加压容积(932 立方米)算,那就是 333 平方米。

但不管怎么算,ISS 的「房价」肯定是这个星球上最贵的。

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目前 ISS 的质量接近 420 吨,这比 2 个自由女神像(204 吨)还要重。和前辈对比更是完全的碾压:这是和平号空间站(约 124 吨)的 3 倍以上,天空实验室的 5.5 倍。

ISS 上最重的舱体是最早升空的曙光号功能舱,质量接近 20 吨,紧随其后的是星辰号服务舱,质量同样接近 20 吨。

2000 年 9 月的 ISS,由上至下分别是进步号补给飞船、曙光号功能舱、星辰号服务舱以及团结号节点舱 图|NASA

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ISS 拥有 6 个飞船接口,并且这 6 个接口可以同时使用。我看了看自己现在用的笔记本电脑(XPS 15),包括 SD 卡槽在内的可以输入数据的接口也就是 4 个而已。2016 年 4 月 13 日,ISS 的 6 个飞船接口第一次全部接上了飞船。

同时连接 ISS 的 6 艘飞船 图|Wikipedia

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自 2000 年 11 月 2 日起,ISS 一直有宇航员驻扎,从未间断。第一批进驻 ISS 的宇航员分别是来自美国航天局的 William Shepherd(下图中),以及俄罗斯航天局的 Yuri Gidzenko(下图右)和 Sergei Krikalev(下图左)。

三位宇航员合照 图|NASA

这种常驻 ISS 的队伍被称作「Expedition」,一般可译为「远征队」。像以上三位宇航员组成的就是 ISS 的第一远征队。如今在 ISS 上驻扎的是第 57 远征队。

第 57 远征队成员合照 图|NASA

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20 年间,ISS 接访了来自 18 个国家的 232 位访客,其中美国 146 位,俄罗斯 47 位,日本 9 位,加拿大 7 位,意大利 5 位,法国 4 位,德国 3 位,比利时、荷兰、瑞典、巴西、丹麦、哈萨克斯坦、马来西亚、南非、韩国、西班牙、英国各一位。

图|NASA

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以上 232 人中,美国宇航员 Scott Kelly 和俄罗斯宇航员 Mikhail Kornienko 在 ISS 上连续居住的时间最久,都超过了 340 天。

Scott Kelly 图|NASA
Mikhail Kornienko 图|NASA

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截至 2018 年 9 月,宇航员们在 ISS 上进行了 212 次太空行走。

图|NASA

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你觉得从地面发射飞船到 ISS 需要多长的时间?两天?一天?美国航天局告诉我们,最快六小时就可以到达。

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在太空中,水是非常宝贵的,而 ISS 上的水回收系统可以使得每天水资源的消耗量减少 65%——比如原本每天要消耗掉 3 升水,现在只需消耗 1 升。

图|NASA

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ISS 是一个在现代科技下诞生的高度电气化产物:

  • ISS 上的电力系统中有整整 13 千米的电缆
  • ISS 有大约 35 万个传感器,这些传感器用于保障空间站的正常运作以及在轨宇航员的安全健康
  • ISS 上的飞行软件代码多达 150 万行,在地面上还有另外的 300 多万行支持代码
  • 整个 ISS 拥有大约 100 台计算机,作为对比,空间站的额定载客量是 6 人
图|NASA

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作为 21 世纪人类智慧的结晶之一,ISS「出演」了不少好莱坞大片。在《后天》,《地心引力》以及《异星觉醒》中,都有 ISS 的本色演出。

图|电影《后天》
图|电影《地心引力》
图|电影《异星觉醒》

另外在《全球风暴》中,电影出现的空间站名为 ISS;而在《星际特工:千星之城》中,空间站的名字「Alpha」与 ISS 的无线电呼号暗合。

图|电影《全球风暴》
图|电影《星际特工:千星之城》

此外还有一部以 ISS 为主题的纪录片,旁白是著名影星汤姆·克鲁斯。

图|豆瓣电影

参考&拓展

nasa.gov/mission_pages/

en.wikipedia.org/wiki/I

popsci.com/how-many-yea

en.wikipedia.org/wiki/I

en.wikipedia.org/wiki/A

spacenews.com/russia-an

techrepublic.com/articl

en.wikipedia.org/wiki/L

en.wikipedia.org/wiki/S

en.wikipedia.org/wiki/M

en.wikipedia.org/wiki/L

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