THE INTERNATIONAL SPACE STATION

The International Space Station

Just before sunrise, on a clear night, look up, and you may be able to see it travelling steadily across the dark starry sky. It will take about four minutes to pass — too fast to be a planet, too slow to be a shooting star. What is it, then? It is the International Space Station (ISS), on one of its 15 orbits per day. The sun’s light has lit it up while you still remain in night’s darkness, but don’t discount that white dot as something inconsequential. About $100 billion has been spent on it so far, and it will need much more money by the time it ceases operation, sometime after 2025.

This enormous cost could not, of course, be paid by one nation. The ISS was necessarily a joint effort by no less than five different space agencies: America’s NASA, Russia’s RKA, Canada’s CSA, Japan’s JAXA, and the European equivalent, ESA. Similarly, with the difficulty in ferrying payloads into this environment, a project of the scale of the ISS could not be a ready-made station (such as the earliest varieties). The ISS was built module by module, each flown into space and then intricately connected—eventually becoming in appearance an awkward conglomeration, yet when viewed with our planet Earth in the background, a grand and inspiring monument to humankind’s ingenuity.

Such a construction would immediately break to pieces under the influence of any gravity — but, of course, being in orbit, this force is not felt. The station is constantly freefalling under Earth’s gravitational pull, yet never hitting the planet due to the station’s lateral velocity. This will, however, not continue forever. With its low-earth trajectory, there is an aerodynamic drag from the faint atmosphere through which the station continually ploughs. This results in a small yet steady and perceptible loss of speed, and consequent orbital decay. Contributing to this loss are, surprisingly, tidal forces. Being so large and loosely connected, the parts of the ISS further from the Earth flex more than the parts closer, using up energy.

The largest component of the ISS is the Truss Structure, a non-pressurised ten-segment spine, upon which are connected the station’s extensive solar arrays at one end, and thermal radiators towards the centre. Perpendicular to this are the pressurised modules. The station actually began with one of these: Zarya, first launched in 1998. Only two weeks later, Unity was directly attached to this, its most notable feature being the protruding Cupola — a large seven-windowed viewing room, absolutely essential for the psychological wellbeing of the crew. It took almost two more years before Zvezda was attached to Zarya’s opposite end. Later, the Truss Structure was fixed to the Unity Module, followed by the Harmony Module beyond that.

The station’s interior is no less complicated, and with a six-member crew staying onboard for up to six months, the life-support systems are crucial. Being in the airless and deadly vacuum of space, it goes without saying that atmospheric control — that is, maintaining a stable Earth-like atmosphere — is the most important element. This has, in fact, always presented the greatest challenge in spacecraft design. In 1967, the Apollo 1 craft experimented with pure oxygen, to its regret. Although this allowed a lower air pressure (better from an engineering standpoint), it more easily fuels combustion. A random spark started a fire which raced through the craft, killing all three crew members, after which the experiment has never been tried again.

The ISS’s main source of oxygen is the ‘ Elektron’ system, which uses an electric current to break apart water molecules. The oxygen produced is vented into the pressurised modules, while the other by-product, hydrogen, is vented into space. This system generates enough supplies for a six-member crew, although it has proven notoriously unreliable, so much that the emergency backups have been regularly required: bottled oxygen (ferried up by

Trạm không gian quốc tế

Ngay trước khi mặt trời mọc, vào một đêm quang đãng, hãy nhìn lên trời và bạn có thể thấy nó đang di chuyển đều đặn trên bầu trời đầy sao tối. Sẽ mất khoảng bốn phút – quá nhanh đối với một hành tinh, quá chậm đối với một ngôi sao băng. Vậy nó là gì? Nó là Trạm Không gian Quốc tế (ISS), di chuyển trên một trong 15 quỹ đạo của nó mỗi ngày. Ánh sáng mặt trời chiếu lên nó trong khi bạn vẫn ở trong bóng tối của màn đêm, nhưng đừng coi chấm trắng đó như một thứ gì đó vụn vặt. Đến nay đã có khoảng 100 tỷ đô la được chi cho nó và sẽ cần nhiều tiền hơn nữa vào thời điểm nó ngừng hoạt động, khoảng sau năm 2025.

Tất nhiên, chi phí khổng lồ này không thể chỉ do một quốc gia chi trả. ISS là một nỗ lực chung của ít nhất 5 cơ quan vũ trụ khác nhau: NASA của Mỹ, RKA của Nga, CSA của Canada, JAXA của Nhật Bản và cơ quan tương đương của châu Âu, ESA. Tương tự như vậy, vì khó khăn trong việc chuyển tải trọng tải vào môi trường này, một dự án mang quy mô cỡ ISS không thể là một nhà ga làm sẵn (như các trạm đầu tiên). ISS được xây dựng theo từng mô-đun, mỗi mô-đun bay vào không gian và sau đó được kết nối phức tạp — cuối cùng trở thành một mớ hỗn độn khó hiểu, nhưng khi được nhìn từ dưới nền hành tinh Trái đất của chúng ta, đó lại là một tượng đài vĩ đại và đầy cảm hứng cho sự khéo léo của loài người.

Một công trình như vậy sẽ ngay lập tức vỡ ra thành từng mảnh dưới tác động của bất kỳ lực hấp dẫn nào – nhưng tất nhiên, khi ở trong quỹ đạo, lực này không được cảm nhận. Trạm không gian này liên tục rơi tự do dưới lực hút của Trái đất, nhưng không bao giờ va vào hành tinh do vận tốc bên của trạm. Tuy nhiên, điều này sẽ không tiếp tục mãi mãi. Với quỹ đạo gần trái đất của nó, có một lực cản khí động học từ bầu khí quyển mờ mà qua đó trạm liên tục bị cản đứt quãng. Điều này dẫn đến sự mất tốc độ nhỏ nhưng ổn định và có thể cảm nhận được, và hậu quả là sự phân rã quỹ đạo. Đáng ngạc nhiên, góp phần vào sự mất tốc độ này là các lực thủy triều. Vì quá lớn và được kết nối lỏng lẻo, các bộ phận ở xa Trái đất của ISS bị co giãn nhiều hơn các bộ phận gần trái đất, do đó năng lượng bị sử dụng hết.

Thành phần lớn nhất của ISS là Cấu trúc giàn, một cột mười phân đoạn không áp suất, trên đó được kết nối các mảng năng lượng mặt trời rộng lớn của trạm ở một đầu và các bộ tản nhiệt hướng về phía trung tâm. Vuông góc với vị trí này là các mô-đun điều áp. Trạm không gian thực tế bắt đầu với một trong các thành phần này: Zarya, phóng lên lần đầu tiên vào năm 1998. Chỉ hai tuần sau, Unity được gắn trực tiếp với nó, tính năng đáng chú ý nhất của nó là phòng Cupola lộ thiên – một phòng xem lớn với bảy cửa sổ, hoàn toàn cần thiết cho nhu cầu tâm lý của phi hành đoàn. Phải mất gần hai năm sau đó Zvezda mới được gắn với đầu đối diện của Zarya. Sau đó, Cấu trúc giàn được cố định vào Mô-đun Unity, sau đó là Mô-đun Harmony ở phía trên.

Nội thất của trạm cũng không kém phần phức tạp, và với một phi hành đoàn sáu thành viên ở trên tàu đến sáu tháng, các hệ thống hỗ trợ sự sống là rất quan trọng. Ở trong môi trường chân không không có không khí và nguy hiểm chết người, khỏi phải nói rằng việc kiểm soát bầu không khí – tức là duy trì ổn định giống như Trái đất – là yếu tố quan trọng nhất. Trên thực tế, điều này luôn là thách thức lớn nhất trong thiết kế tàu vũ trụ. Vào năm 1967, tiếc thay tàu Apollo 1 đã thử nghiệm với oxy tinh khiết. Mặc dù điều này dẫn đến áp suất không khí thấp hơn (tốt theo quan điểm kỹ thuật), nó dễ dàng làm cháy nổ nhiên liệu hơn. Một tia lửa bất chợt đã nhóm một ngọn lửa chạy xuyên qua chiếc tàu, giết chết cả ba thành viên phi hành đoàn, sau đó thí nghiệm này đã không bao giờ được thử lại.

Nguồn cung cấp oxy chính của ISS là hệ thống “Elektron”, sử dụng dòng điện để phá vỡ các phân tử nước. Oxy tạo ra được thông vào các mô-đun điều áp, trong khi sản phẩm phụ khác là hydro được thông vào không gian. Hệ thống này tạo ra đủ nguồn cung cấp cho một phi hành đoàn sáu thành viên, mặc dù nó đã được chứng minh là không đáng tin cậy, đến mức