引言
想像一下早上醒来，朝窗外望去，看到下面这幅情景——绝对惊险刺激且令人兴奋，不是吗？在太空中生活会是什么样的呢？它只是科学幻想，还是会在不久的将来成为现实？
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从太空中看美国佛罗里达半岛时的景象。
多年来，人们（科学家、宇航员、科幻小说作者、普通大众）出于各种原因而梦想着在绕地球的轨道中建造一个永久空间站。对于有些人来说，空间站是进行尖端科学研究的地方，它提供了一个地球上无可比拟的环境。对于另外一些人来说，空间站是一个具有商业价值的地方，在那里可以采用比在地球时更好的形式来制造特殊材料（晶体、半导体、药物等）。还有一些人梦想着将空间站作为远征行星和恒星的前哨或旅游胜地，甚至作为可以减轻地球人口压力的新城市和殖民地。不管是什么，这些空间站的实现并不是那么地遥远。美国和俄罗斯自1971年就有了绕轨道运行的空间站，而且现在正与其他国家/地区合作建立国际空间站，一个人类永居太空的地方。
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已完成的国际空间站的概念图。
空间站看起来将是什么样？在太空中生活和工作会是什么样？建立空间站会涉及哪些问题？空间站将有什么用途？在本文中，我们将探究空间站的迷人世界。
历史一瞥
从早期的科幻小说和太空探索开始，人类就梦想着在太空建立空间站。有人想将空间站作为轨道上的前哨，就像18、19世纪美国西部边境上的堡垒和哨站。太空中的前哨将会成为人们开展商业活动、进行科学研究以及到行星和恒星旅游的中转站。通常，这些空间站被想像为具有重力的巨大旋转轮，就像我们在《2001：太空漫游》（2001: A Space Odyssey）等电影或《星际旅行深空九号》（Star Trek Deep Space 9）、《巴比伦5号》（Babylon 5）等电视剧中看到的那样。但是今天的空间站与科幻小说中描绘的有很大的差异。
礼炮号空间站
俄罗斯（当时的苏联）在1971年首次将空间站送入轨道，称为礼炮1号。礼炮1号空间站是钻石号和联盟号这两个太空船系统的组合。它长约15米，有三个主舱，包括进餐和娱乐区、食物和储水区、卫生间、控制站、锻炼设备和科研设备。联盟11号的工作人员是第一批生活在礼炮1号上的人。他们呆了24天，但不幸的是，在返回地球的途中全部遇难身亡。俄罗斯取消了到礼炮1号空间站的后续太空行动，并重新设计了联盟号太空船。
在20世纪70年代，俄罗斯发射了其他几个礼炮号空间站（礼炮4号至7号）。在这些空间站中，他们测试了新的联盟号太空船，开发和检测了无人驾驶的对接补给船（称为进步号补给船），开展了科学实验，并完成了当时历时最长的太空飞行。凭借礼炮号计划的成果，俄罗斯最终开发出和平号空间站。
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礼炮4号空间站与联盟号太空船对接示意图。
太空实验室号
1973年，美国将其第一个（也是唯一一个）空间站太空实验室1号送入轨道。在发射过程中，空间站损坏了。一个关键的流星体遮护板和的两个主太阳能电池板中的一个断开了，而另外一个太阳能电池板又没有完全展开。这意味着太空实验室号空间站只有很少的电力供应，而且内部温度升高到摄氏52度。10天后第一批宇航员进入太空来修复这个出现故障的空间站。宇航员展开太阳能电池板并安装了一个伞状遮阳器为空间站降温。修复后，这一批宇航员和后来的两批宇航员在空间站中共度过了112天，期间开展了科学和生物医学研究。
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太空实验室1号轨道工场示意图。
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轨道中经过修复的太空实验室1号的照片。注意金色的遮阳器。
太空实验室号空间站是从土星五号月球火箭的第三阶段改造而来的。它包括下列组件：
轨道工场：乘员的生活和工作区
气闸模块：可以通过该模块到达空间站外部
多对接接合器：用于一次将多艘阿波罗太空船与空间站对接
阿波罗望远镜装置：包含用于观测太阳、恒星和地球的望远镜（当时还没有建造哈勃太空望远镜）
阿波罗太空船：运送乘员往返地球表面的指挥和服务机舱 太空实验室号空间站并不打算作为太空中永久的居住地，而是作为美国测试长时间太空飞行（更确切地说，是比到达月球所需的两个星期还要长的时间）对人体影响的工场。第三批乘员完成飞行后，太空实验室号空间站就被遗弃了。它继续留在太空中，直到强烈的太阳耀斑活动导致它的轨道能量比预期更快地衰减。1979年，太空实验室号空间站重返地球大气层并在澳大利亚上空烧毁。
和平号空间站
1986年，俄罗斯发射了和平号空间站；设计和平号的初衷是成为太空中永久居住地。和平号包含下列部件：
核心舱组
生活区：单乘员舱、卫生间、淋浴、厨房、废物存储区
过渡舱：可以连接附加空间站机舱的地方
中间舱：将工作机舱与后部对接口连接起来
组合舱：放置燃料箱和火箭发动机的地方
量子1号天体物理学舱：包含用于研究星系、类星体和中子星的望远镜
量子2号科学和气闸机：提供用于生物学研究、地球观测和太空行走的设备
晶体号技术试验舱：用于生物学和材料处理实验；包含美国宇宙飞船可以使用的对接口
自然号遥感舱：包含研究地球大气的雷达和分光计
对接舱：包含用于与未来的宇宙飞船连接的对接口
进步号货运飞船：无人驾驶货运飞船，从地球上运来新鲜食物和设备并从空间站上带走废物
联盟号太空船：来往地球表面的主要交通工具
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与宇宙飞船对接的和平号空间站的概念图。
和平号空间站虽然仍在太空中运行，但已逐渐老化。在为国际空间站（ISS）做准备时，美国国家航空航天局（NASA）宇航员（包括Norm Thagard、Shannon Lucid、Jerry Linenger和Michael Foale）在和平号空间站上停留了一段时间。Linenger停留期间，和平号空间站因起火而受损，而在Foale停留期间，和平号空间站和进步号货运飞船发生碰撞。俄罗斯太空总署无力继续维护和平号空间站，所以NASA和俄罗斯太空总署计划将其报废，集中力量建造国际空间站。虽然有民间运动（“拯救和平号！”）和公司（MirCorp）曾公开呼吁对老化的和平号空间站进行维修和私有化，但俄罗斯太空总署还是在2000年11月16日决定将和平号空间站坠毁。2001年2月，和平号的火箭发动机被点燃，以降低其速度。2001年3月23日和平号空间站重返地球大气层时燃烧并解体。残骸坠落在距澳大利亚东部约1,667公里的南太平洋上。
国际空间站
1984年，里根总统提议美国与其他国家/地区合作建立可永久居住的空间站。里根总统设想建立一个获得政府和行业支持的空间站。美国与其他14个国家/地区——包括加拿大、日本、巴西和欧洲航天局（英国、法国、德国、比利时、意大利、荷兰、丹麦、挪威、西班牙、瑞士、瑞典）——达成合作协议。在筹划国际空间站期间以及前苏联解体后，美国于1993年邀请俄罗斯合作建造国际空间站，使参与国家/地区达到16个。NASA在协调国际空间站的建设中起着主导作用。
单击国家/地区名称，了解其在建造国际空间站的过程中所承担的任务。
国际空间站数据
长度：88米
宽度：109米
高度：44米
容量：1,300立方米；生活空间大约相当于两架747喷气式飞机机舱的容积
质量：454吨
轨道：362至476公里，相对赤道倾斜51.6度
国际空间站在轨道中的组装工作始于1998年。国际空间站有100多个组件，需要至少三种太空飞行器（宇宙飞船、联盟号太空船和俄罗斯质子火箭）进行44次太空飞行来将组件运输到运行轨道上，另外还需要160次太空行走、1,920个工时来组装和维护国际空间站，全部工作计划于2010年完成。国际空间站预期寿命为10年，预计总成本为350至370亿美元。完成后，国际空间站能够容纳多达7名宇航员。国际空间站将具有下列主要组件：
控制舱（曙光号）或功能货物舱：包含推进（两个火箭发动机）、指挥和控制系统
节点舱（三个）：连接国际空间站的主要部分
服务舱（星辰号）：包含生活区和国际空间站早期的生命支持设备、进步号货运飞船对接口以及用于姿态控制和重新推进的火箭发动机
科学实验室（六个）：包含科学设备以及用于移动外部平台上的有效载荷的机器人臂
实验室舱：用于研究微重力、生命科学、地球科学和空间科学的环境设施，在里面穿衬衫即可
构架：像塔一样的长形凸出装置，用于连接模块、有效载荷和系统设备
移动维修系统：沿构架移动的机器人系统；配备用于装配和维护活动的遥控臂
转移飞行器：用于紧急情况下撤退的联盟号太空舱和乘员返回飞行器（X-38）
电力系统：太阳能电池板以及用于产生、储存、管理和分配电力的设备
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轨道中的国际空间站，从上到下为节点舱1、控制舱、服务舱和进步号货运飞船（2000年9月）。
2000年10月31日，第一批乘员从俄罗斯升空来到国际空间站（参见下图）。这三名宇航员在国际空间站上度过了将近5个月时间，期间他们激活系统并开展实验。
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第一批国际空间站乘员（从左至右）：飞行工程师Sergei Krikalev、太空行动指挥员William Shepherd和联盟号指挥员Yuri Gidzenko。
2001年3月21日，第一批乘员返回地球。之后国际空间站相继进驻了由三名或两名宇航员一组的多批乘员：
第2批乘员：2001年3月至8月
第3批乘员：2001年8月至12月
第4批乘员：2001年12月至2002年6月
第5批乘员：2002年6月至12月
第6批乘员：2002年11月至2003年5月
第7批乘员：2003年4月至10月
第8批乘员：2003年10月至2004年4月
第9批乘员：2004年4月至10月
第10批乘员：2004年10月至2005年4月
第11批乘员：2005年4月至2005年10月
第12批乘员：2005年10月至2006年4月
第13批乘员：2006年3月至9月 目前，每批乘员在空间站中的停留时间为3到7个月。
在太空中维持一个永久的生存环境
为了在外太空中维持一个人类可以生活和工作的永久性环境，国际空间站必须能够提供：
生命支持
大气控制、供应和再循环
水再循环
温度控制
食物供应
废物清除
灭火
推进：将空间站移到轨道中
通信和跟踪：与地面飞行控制人员交谈
导航：知道自己的飞行路线
电力
计算机：协调和处理信息
补给：获得新的供给以及清除废物的方法
紧急逃离路线
生命支持
我们习惯了地球和社会为我们提供生存所需的一切。我们可以不断呼吸新鲜空气，呼出的二氧化碳由植物进行再循环。我们有来自江河、湖泊和溪流的大量新鲜水用于饮用、淋浴、烹饪和洗衣。加热器或太阳给我们带来温暖，空调给我们送来凉爽。当地消防站为我们灭火。所有这些都必须包括到国际空间站的设计中。
大气控制、供应和再循环
国际空间站上的宇航员需要：
类似于地球上的空气
清除他们呼出的二氧化碳
清除污染或微量气体
正常的湿度环境 地球的大气是多种气体的混合物（78%氮气、21%氧气、1%其他气体），压力为1千克/平方厘米（1个标准大气压）。国际空间站宇航员需要类似的大气。为了实现这一点，必须供应氧气和氮气：
俄罗斯的Elektron氧生成器通过将水分解为氢气和氧气（电解）来生成氧气。
如果必要，将会点燃固体燃料氧生成器或氧烛来产生更多的氧气。
宇宙飞船或进步号货运飞船从地球上带来氮气并将其储存在空间站的外贮箱中。
在建造的后期阶段，外贮箱将供应氧气，并可由航天飞机重新加满。在最后阶段会为空间站增加一个电解氧生成器。
压力控制组件（泵和阀门系统）将以正确的百分比混合氮气和氧气，监控空气压力，并在必要时为空间站减压以防止压力过高，或在紧急情况下灭火。 二氧化碳清除组件（一系列特殊材料制成的层）将吸收二氧化碳并排放到外太空。另外，备用化学二氧化碳消除罐可以通过使二氧化碳与氢氧化锂反应而将其清除。
微量污染控制系统将过滤舱内空气以清除因泄漏、溢出与放气而排出的微量气味和挥发性化学物质，还将使用作为备用设施的有害杂质过滤器。
空间站和加热系统将控制整个空间站内的湿度和空气流通。
最后，主要成分分析仪将会不断检测舱内气体的数量和类型，并控制大气供应和再循环系统。
水再循环
除空气之外，水是国际空间站上最重要的东西。最初，宇宙飞船或进步号货运飞船会从地球上送来水。国际空间站上严格节约用水，没有长时间奢侈的淋浴。实际上，大多数宇航员都通过海绵擦洗进行洗浴。水回收和管理子系统会从各种来源收集、再循环和分配水，包括：
水池
淋浴
尿：来自空间站上的宇航员和实验室中的动物
宇航服污水
加热和冷却系统
舱内空气：宇航员和实验室中的动物呼出的湿气
航天飞机和燃料电池 水回收和管理子系统包括各种冷凝器、过滤器和水净化器。水将用于饮用和冷却电气系统。该系统不是百分之百有效，而且水在通过Elektron氧生成器、气闸和二氧化碳清除系统时会流失一部分，因此需要定期从地球上补充水。不过该系统会大大减少需要从地球上运来的水量。
温度控制
外太空环境极其寒冷，而且国际空间站不同部分的温度有很大差异。您可能以为加热国际空间站会是一个问题。事实上，电子设备所产生的热量对于空间站来说太多了。真正的问题在于如何消除过多的热量。因此，温度控制系统必须执行两项主要功能：将热量分配到空间站上需要的地方和消除过多的热量。为此，国际空间站采取两种方法来进行温度控制：
被动法：一般比较简单，处理少量的热负荷，只需很少的维护
绝缘材料、表面涂层、涂漆：通过各个舱的舱壁减少热量损失，如同住宅隔热装置。
电热器：使用如同烤箱的电热丝来加热各个区域。
热管：使用管中的液氨在短距离内将热量从热区域传输到冷区域。氨水在管子热的一端蒸发，然后流到冷的一端凝结，同时放出热量，最后再沿管壁流回热的一端（毛细管现象）。
主动法：比较复杂，使用流体来处理较大的热负荷，需要维护。
冷却板：通过直接接触设备或传导来收集热量的金属板。
热交换器：使用流体从设备上收集热量。设备发出的热量辐射到流体（氨水）上，后者再将热量传给水。这两种液体通过抽吸和再循环来消除热量。
泵、管路和阀门：将收集到的热量从一个区域传输到另一个区域。
散热装置：大型翼状结构，类似于太阳电池板，用于将收集的热量辐射到外太空。 温度和湿度控制系统循环和过滤舱内空气，消除水（湿气）并保持在稳定的温度范围。收集到的水全部转到水回收和管理系统。
食物供应
航天飞机和进步号货运飞船将食物从地球上运到国际空间站。食物有多种形式（脱水的或低水分的、经过热稳定处理或辐射处理的、自然的或新鲜的）。国际空间站有一个厨房，其中配备有：
食物存储舱
食物加热装置
食物准备区
带有约束器（皮带、脚套）的桌子，这样宇航员才不会飘走
金属盘子，使食物包装和厨房用具不会飘走 美国和俄罗斯同意分别为乘员供应一半的食物。
废物清除
像所有住宅一样，国际空间站必须保持清洁。这一点在太空中尤其重要，因为漂浮的灰尘和碎片可能会造成危险。清洁、饮食、工作和个人卫生都会产生废物。进行普通的全面清洁时，宇航员会使用各种抹布（湿的、干的、织物、具有清洁功能的和用于消毒的）、清洁剂和湿/干真空吸尘器清洁各个表面、过滤器和自身。垃圾将整理成袋并放入进步号货运飞船中，然后送回地球进行处理。来自卫生间的固体废物经过压缩、干燥后放入袋中，也带回地球处理（焚烧）。从固体废物回收的水经过处理和净化后饮用。
灭火
火是太空中最危险的隐患之一。宇航员Jerry Linenger在和平号上停留期间就曾发生了火灾。和平号上的乘员扑灭了火灾，但是该空间站还是受到了损坏。国际空间站具有火灾探测和灭火子系统，其中包括：
每个舱中的区域烟尘探测器
每个电子设备支架上的烟尘探测器
每个舱中的警报器和警报灯
无毒便携式灭火器：基于二氧化碳（来自美国）或氮化合物（来自俄罗斯）的泡沫或液体灭火器
个人呼吸器：每个乘员都有面具和氧气瓶 灭火后，大气控制系统会过滤空气以消除微粒和有毒物质。
推进、通信和电力
国际空间站在362至475公里高度的轨道绕地球飞行。在此高度，地球大气非常薄，但足以拖曳国际空间站并使其慢下来。随着国际空间站速度减慢，它的高度会越来越低。除此之外，太阳耀斑也会使空间站慢下来并使其高度下降。所以国际空间站需要定期推进，以保持适当的高度。指挥和服务舱具有可以在早期阶段推进国际空间站的火箭发动机。然而，大部分重新推进工作将由进步号货运飞船执行。每次重新推进需要两次点燃火箭发动机。在火箭发动机燃烧燃料以产生动力期间，国际空间站上的工作会暂停，并在燃烧停止后恢复正常生活。
为了执行太空行动的例行操作，国际空间站上的宇航员必须能够每天与地面的飞行控制人员交谈。此外，乘员必须能够在国际空间站内以及进行站外太空行走时进行通信。
与地面通话
位于美国休斯顿的NASA太空行动控制中心将信号传送到位于新墨西哥州的白沙试验研究所长18米的无线电天线。白沙试验研究所接着将信号转发给地球上空36000公里的轨道中的一对跟踪和数据中继人造卫星。然后，人造卫星将信号转发给国际空间站的美国区和/或停靠在空间站的航天飞机（如果有航天飞机对接）。在早期阶段，信号将通过俄罗斯太空总署的地面站和/或人造卫星的通信系统发送。
国际空间站有两个与地面通信的系统：
S波段：声音、命令、遥测和数据文件
Ku波段（高带宽）：视频和双向数据文件的传送 国际空间站内通话以及与太空行走者通话
内部音频子系统（IAS）将提供国际空间站增压舱中的内部通话、电话和警报系统通信等功能。IAS将连接：
超高频（UHF）设备，用于与太空行走者通话
外部连接器，用于与对接的宇宙飞船通话
俄罗斯方面的音频系统 IAS只会传送声音，并将其传送至空间站的音频数据系统（VDS）（一系列内部和外部摄像机）来为视频提供声音。
导航
国际空间站必须能够精确知道自己在太空中的位置、其他物体的位置以及如何从太空中的一个位置移到另一个位置，尤其是在重新推进期间。为了知道自己的位置及飞行速度，国际空间站使用美国和俄罗斯的全球定位系统（GPS）。为了知道自己的方向（即姿态），国际空间站配备了几台陀螺仪。所有这些信息结合在一起将帮助国际空间站在太空中从一个位置移动到另一个位置。此外，俄罗斯导航系统使用对恒星、太阳和地球地平线的测视来进行导航。
电力
我们在家中可轻松获得电力供应。例如，要使用烤箱或咖啡壶时会不假思索地将其插入墙壁上的插座中。同理，国际空间站上的所有系统都需要电力。八个巨型太阳能电池阵列将利用太阳能来供电。每个阵列长33米且覆盖大约2,508平方米的区域（约0.4公顷）。每个阵列上都有两层太阳能电池，每层位于伸缩式立柱的一侧，后者能够伸展和收缩以折叠或者展开阵列。伸缩式立柱可在万向节上转动，让太阳能电池始终面向太阳光。俄罗斯机舱还有用于提供电能的22-30米的太阳能电池阵列。
如同地球上的电网一样，这些阵列将产生主电力——大约160伏特的直流电。主电力将由二级变压器转换为供空间站上的设备使用的调制124伏直流电。空间站上还有电源转换器以满足美国和俄罗斯设备的不同电流需要。主电力还用于为国际空间站上的三个氢氧化镍电池站充电，后者在国际空间站通过地球的阴影时提供电力。
计算机
国际空间站建成时将拥有超过100台计算机。它们用于：
国际空间站操作（例如全面清洁功能、有效载荷操作、会合/对接）
与乘员通信（配有80386微处理器和Windows操作系统的IBM Thinkpad笔记本电脑）
提示和警报系统
实验数据的采集和处理 这些计算机将进行联网以相互协调各种活动和功能。
补给
如果我们需要新的物品，就会到杂货店或其他零售店采购。而在国际空间站内，人们只能要求“送货上门”。新的补给品（食物、水、药物、氧气、氮气、燃料、设备、衣物、个人物品）将通过进步号货运飞船运送到国际空间站。进步号货运飞船还会运走国际空间站上的固体废物。航天飞机除了运载建造设备外，还可以向国际空间站运来补给品。除此之外，欧洲航天局和日本国家空间发展署正在开发两种新的补给飞船。欧洲航天局开发的飞船将和进步号货运飞船一样，能够运载9吨的货物，包括食物、衣物、燃料、水、氧气和氮气，还能够重新推进国际空间站。日本的飞船称为希望号转移飞行器，将能够运载增压货物（食物、水、衣物），但不运载燃料、氧气和氮气。
逃离
如果乘员严重受伤或生病，则需要尽快返回地球。在空间站发生重大火灾或其他威胁生命的损坏时，空间站的全部乘员可能都要撤离。因此必须有安排快速逃离空间站的方法。联盟号太空舱将始终对接在国际空间站上，在医疗急救情况下能够运载两个人，而在其他紧急情况下能够运载三个人。每6个月会有一组乘员把经过重新补给的联盟号太空舱带到空间站。
NASA正在设计和建造供紧急情况下使用的乘员返回飞行器（CRV），称为X-38。X-38将能够运载7个人回到地面上。
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X-38离开国际空间站时的概念图。
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自由飞行测试中的X-38。
X-38将重达9,072公斤。其设计采用了升力体形式（即由机体而非机翼产生升力），且配有脱离轨道发动机。此发动机重43,000公斤，而且只有在重返大气层时才能使飞船慢下来。X-38还有一个翼伞和着陆橇。飞船将点燃它的脱离轨道发动机，并在燃料耗尽时丢弃发动机。当X-38重返大气层时，会像航天飞机一样通过陶瓷瓦隔离返回时产生的热量。一旦穿过大气层，X-38将滑向其着陆位置，使用降落伞减速和转向，然后通过着陆橇落地。虽然X-38设计为自动飞行，但也能人工驾驶。
在国际空间站上生活和工作
第一批空间站乘员将花费大量时间来建立空间站、组装组件以及开展各种科学实验和地球观测。乘员最初将生活在服务舱中。此机舱虽然生活条件非常简陋，但能提供乘员所需的一切：个人休息区、卫生间、个人卫生设备、配有桌子的厨房、踏车及固定双轮车。宇航员必须经常锻炼，以避免长期生活在失重状态下出现的肌肉萎缩和骨质疏松现象。
在太空中睡觉与在地球上完全不同。宇航员不是睡在床上，而是睡在固定于舱壁上的睡袋中。他们需要滑入睡袋并拉上拉链。睡袋上还配有手臂约束器，防止睡觉时手臂在头上方浮动。
虽然空间实验室号与和平号等空间站配有淋浴，但大多数宇航员都使用浴巾或湿的小毛巾进行擦浴。这样可以减少水的消耗。每名宇航员还将配有个人卫生套件，包括牙刷、牙膏、洗发水、剃须刀和其他基本化妆用品。
国际空间站上的食物主要是经过冷藏、脱水或热稳定处理的食物，饮料也是脱水的。宇航员将收集食物盘和厨房用具，从存储间找出各自包装好的膳食，准备食物（必要时可以进行复水），加热食物（微波、强力通风对流式烤箱），然后放在盘子上开吃。吃完后，他们会将用过的物品放到垃圾压实机中，然后清洁和存放厨房用具和盘子。有意思的是，宇航员大约在太空飞行前的五个月就已经开始选择自己的菜单了。
在失重状态下身体会出现肌肉萎缩和骨质疏松现象。为了消除这些现象，宇航员必须每天锻炼身体。服务舱备有踏车和固定双轮车。宇航员必须用皮带将自己绑在这些设备上，这样在锻炼时才不会飘走。
国际空间站建成后，需要做的工作将包括维护空间站（修复损坏的设备、维修结构等）以及开展科学实验和观测。空间站将设有6个科学实验室。沿实验室舱的墙壁会放置有壁橱大小的支架来存放设备，而宇航员在工作时将使用脚套和约束器来防止自己飘走。实验设备支架还有远程视频和数据连接，以便地面上的科学家能够持续监控国际空间站上的实验。日本的实验室舱将有一个面对太空敞开的平台，用于确定太空环境对材料的影响。
在无重力或微重力情况下工作方式与平常有很大的不同。例如，当人们在计算机上写文章时，他不必担心座椅会浮起来，或者桌子上的纸张会飘走。在国际空间站上则不是这样。如前所述，许多地方（实验架、厨房区和乘员舱）都将使用约束器来保证宇航员和设备不会飘走。人们在办公室中可以轻而易举地穿过走廊，而国际空间站上的宇航员在走动时必须借助安装在空间站墙壁上的把手才能保持身体平衡。
乘员在建造和维护国际空间站时必须进行太空行走。最初，乘员将穿上俄罗斯太空服从俄罗斯服务舱进行太空行走。因为太空服在低于空间站的压力下工作，所以宇航员在太空行走之前必须先降低整个空间站的气压，以调节他们的身体，否则的话，太空行走者可能会患上减压病。
一旦联合气闸舱（JAM）到达国际空间站，乘员将能够同时使用俄罗斯和美国的太空服，而且无需在太空行走之前对整个空间站减压。为了准备太空行走，宇航员必须完成下列工作：
带着太空服和设备进入联合气闸舱
将气闸舱内的压力从1千克/平方厘米（1个标准大气压）减小到0.7千克/平方厘米（0.7个标准大气压）
在舱外“露营”一夜，以便：
适应太空服使用的低压：0.31千克/平方厘米（0.3个标准大气压）
消除太空行走者体内的氮气，从而减少发生减压病的可能性
穿上太空服
太空行走前先呼吸几分钟纯氧（太空服使用纯氧）
打开气闸门
进行太空行走 国际空间站上使用的太空服将使用航天飞机上的太空服的增强版。它们在以下方面经过改进：
内部组件更易于更换
二氧化碳吸收筒可重复使用且可拆卸
采用金属尺寸调整环，可以针对不同使用者来调整太空服的大小
采用增强弹性和灵活性的新手套
无线电功能得到增强，具有更多频道，可以多人同时交谈
采用新的加热器和冷却系统关闭装置（国际空间站上的太空行走者必须在较冷的阴影中工作；而航天飞机上的太空行走者可以在太阳下工作，这是因为航天飞机可以很轻松地转向太阳光）
安装在头盔内的泛光灯和聚光灯
喷气包，用于在紧急情况下使未拴挂到空间站的宇航员（如果他将要飘离国际空间站）飞回空间站 每经过25人次太空行走后，太空服就必须送回地面进行维护。
NASA供图
宇航员正在进行太空行走训练。
在国际空间站建造和维护期间需要太空行走。
国际空间站将采用机器人臂来辅助太空行走者和移动大件物品，例如建造舱和一些货运飞船。
只有工作而没有娱乐会使宇航员的性情变得暴躁。在航天飞机、太空实验室号及和平号太空行动期间已经出现过这种现象。乘员确实需要休闲。宇航员在国际空间站上的自由时间会做些什么呢？他们可以阅读、玩游戏或者给朋友们发电子邮件。然而，大多数宇航员说他们最喜欢做的是看窗外的地球。
居住舱
美国将为额外的乘员区提供附加居住舱，即转移居住舱。
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美国计划建造的转移居住舱。
该居住舱可供四名宇航员休息。每个舱室里都有一个睡袋（注意它是垂直安装在墙壁上的）、带有计算机的桌子和脚套。
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转移居住舱的乘员区。
该舱还有一个起居室，里面有厨房、桌子和存储区。这是宇航员吃饭和开会的地方。
NASA供图
转移居住舱的起居室。
该舱还将包括供乘员进行卫生保健的地方，其中除了存储空间外还有锻炼和医疗设备。
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转移居住舱的锻炼区。
国际空间站的用途
国际空间站将主要用于微重力特殊环境下的科学研究。国际空间站比和平号空间站大4倍，而且在轨道上停留的时间比航天飞机长得多（航天飞机绕轨道飞行3周）。来自政府、行业和教育机构的研究人员都能够使用国际空间站上的设施。开展的研究类型将包括：
微重力科学
生命科学
地球科学
空间科学
工程研究和开发
商业产品开发
微重力科学
重力影响着地球上的许多物理过程。例如，重力改变原子集合在一起形成晶体的形式。在微重力下，可以形成近乎完美的晶体。这种晶体可以用于生产更好的半导体，从而制造出更快的计算机，或者获得更有效的对抗疾病的药物。
NASA供图
微重力下的烛光焰
重力的另一种效应是使火焰形成对流而变得不稳定。这给燃烧研究工作增加了难度。然而，在微重力下，产生的火焰既简单又稳定，且移动缓慢。这种类型的火焰使人们能够更轻松地研究燃烧过程。研究结果能使人们能更好地了解燃烧过程，进而设计出更好的锅炉，或通过提高燃烧效率来减少空气污染。
国际空间站将配备最高水平的实验室来研究微重力对这些过程的影响。
生命科学
我们知道生命是在重力世界中进化的。身体的形状和构造都受重力的影响。我们具有骨骼以帮助克服重力。因为我们可以感觉到重力，所以官能会告诉我们哪个方向是上，哪个方向是下。但重力到底是如何影响生物的呢？国际空间站提供了在失重状态下研究动植物的机会。例如，在重力环境下，当植物种子萌芽时，根会向下长而芽或叶子会向上长（向重力性），但不知何故，幼苗必须感受到重力才会这样生长。那么如果种子在微重力状态下生长，会发生什么呢？在国际空间站上将开展有关的实验。
长期处于无重力环境会导致人体骨骼钙质流失、肌肉萎缩且失去体液。这些无重力效应类似老化效应（肌肉力量减小、骨质疏松）。所以它可能会让我们对老化过程有新的理解。如果我们能够找出对策来抵抗微重力的退化效应，也许就能防止老化的某些物理效应。国际空间站将能够提供使用其他太空船无法实现的长期无重力环境。
通过国际空间站，我们可以测试与地球提供生命支持的方式类似的生态生命支持系统。还可以在太空中大量种植植物以产生氧气、消除二氧化碳并提供食物。对于长途星际间旅行（例如到火星或木星的旅行），这方面的知识将非常重要。
地球科学
国际空间站的运行轨道将覆盖75%的地球表面，以便进行观测工作。使用空间站上的仪器，宇航员将能够：
研究气候和天气
研究地质
收集有关大气质量的信息
为植被、土地使用和矿产资源绘制地图
监测河流、湖泊和海洋的状况
NASA/JPL供图
美国马萨诸塞州鳕鱼角的天基雷达图像，其中显示有森林（绿色）、沼泽（深蓝）、开发区域（粉红）和池塘／沙质区域（黑色）
从这些研究中获得的数据将帮助我们理解地球生物圈的机制以及如何最大限度地减少人类对它的破坏。
空间科学
国际空间站将是一个在地球大气上方绕轨道运行的平台。像哈勃太空望远镜一样，国际空间站上的望远镜将清晰地观测到太阳、恒星和行星，而且排除了地球大气的干扰。国际空间站上的仪器将寻找围绕其他恒星的行星，并在遥远的星系中搜索有关宇宙起源的线索。国际空间站上的仪器将能够比哈勃太空望远镜更易于修复和更换。
工程研究和开发
国际空间站大部分工程研究和开发工作是针对太空环境对材料的影响以及用于太空探索的新技术，包括：
在太空中建造设施的新技术
新的空间技术，包括太阳能电池和存储装置
新的人造卫星和太空船通信系统
用于未来太空船的先进生命支持系统 例如，为了研究太空环境的效应（高层大气中的原子氧、宇宙射线、微流星体），NASA发射了称为长期辐照设施（LDEF）的人造卫星，而且在它的外层放置了各种研究材料。在轨道中飞行几年后，这颗人造卫星由航天飞机回收并带回地球进行有关分析。
NASA供图
从宇宙飞船机上看到的轨道中的LDEF。
NASA供图
长期暴露于原子氧造成的LDEF金属中的条纹。
材料可以放置在国际空间站敞开的平台上并暴露于太空环境中多年。这些材料比人造卫星上的更易于更换，以进行分析。获得的信息将有助于设计更好的材料，使人造卫星在太空环境中停留的时间更长。
商业产品开发
如前所述，在空间站上可以产生更完美的晶体，有助于开发出更好的药物、用于萃取油的催化剂以及半导体。国际空间站上将有专用实验室来制造这些产品，而且在轨道中的飞行时间比航天飞机长。
空间站的未来
人类在开发空间站方面才刚刚起步。相对于礼炮号、空间实验室号及和平号空间站而言，国际空间站是巨大的进步。但是要实现科幻小说作家幻想出来的巨型空间站或殖民地，人类还有很长的路要走。迄今为止，我们还没有存在重力的空间站，原因有两个：
我们需要一个没有重力的地方来研究重力效应。
我们尚未掌握通过旋转空间站等巨型结构来产生人造重力的技术。 在未来，人造重力将是建造人口众多的太空殖民地的要求之一。
NASA供图
图片所有权：Rick Guidice
太空殖民地内部构造的概念图。
人们普遍关注的另一个问题是空间站应该放置在何处。如前所述，由于国际空间站处于近地轨道，因此需要定期重新推进。但是，在地球和月球之间有两个特殊位置称为拉格朗治点L-4和L-5。在这两个点上，地球的重力和月球的重力相互抵消，从而使得放置在这些位置上的物体不会被吸引到地球或月球，其轨道将稳定下来而不需要推进。20多年前一个称为“L5联盟”的团体成立了，他们致力于推动实现的设想是将空间站放置在这些点所在轨道中。随着从建造国际空间站的经验中学到更多知识，我们也许可以研究出更大和更好的空间站。它将能够让我们在太空中生活和工作，而所有上述梦想也可能会变成现实。
