Stația Spațială Internațională: cum trăiesc astronauții

Stația Spațială Internațională (ISS, după numele în engleză) este un laborator locuit permanent, care se rotește în jurul Pământului la aproximativ 400 km altitudine. Astronauții trăiesc acolo luni la rând, în imponderabilitate: dorm legați în saci de dormit prinși de perete, mănâncă hrană ambalată special, beau apă recuperată din aer și din urină și fac zilnic exerciții fizice ca să nu-și piardă masa osoasă și musculară.

Stația nu este o curiozitate tehnică izolată, ci cel mai mare proiect de cooperare științifică din istorie. Este construită și operată de agențiile spațiale din Statele Unite (NASA), Rusia (Roscosmos), Europa (ESA, din care face parte și România), Japonia (JAXA) și Canada (CSA). Mai jos afli cum funcționează, de ce plutesc oamenii la bord, cum arată o zi obișnuită și cum poți vedea stația cu ochiul liber din curtea ta.

Ce este Stația Spațială Internațională

Stația Spațială Internațională este un ansamblu de module presurizate, panouri solare și grinzi metalice, asamblat pe orbită din zeci de bucăți lansate separat. Nicio rachetă nu ar fi putut duce o asemenea construcție dintr-o singură bucată, așa că stația a fost montată ca un joc de construcții, în spațiu, de-a lungul mai multor ani.

Primul modul, Zarya, a fost lansat în noiembrie 1998, iar primul echipaj permanent a ajuns la bord în noiembrie 2000. De atunci, stația nu a mai rămas niciodată goală: oameni din peste douăzeci de țări au locuit sau au lucrat acolo.

Repere numerice

Înclinarea de 51,6° înseamnă că stația trece deasupra tuturor regiunilor dintre paralelele de 51,6° nord și 51,6° sud. România, aflată între aproximativ 43,6° și 48,3° latitudine nordică, intră complet în această fâșie, așa că stația poate fi văzută frecvent de la noi.

Segmentele și modulele principale

Stația are două mari părți: segmentul rus, construit în jurul modulului Zvezda (unde sunt și motoarele de corecție a orbitei), și segmentul american, care include laboratorul Destiny. Europa a contribuit cu laboratorul Columbus, Japonia cu laboratorul Kibo, iar Canada cu brațul robotic Canadarm2, folosit pentru a muta echipamente și pentru a prinde navele de aprovizionare.

De ce plutesc astronauții la bord

Astronauții plutesc pentru că stația și tot ce e în ea se află într-o cădere liberă continuă în jurul Pământului, nu pentru că acolo n-ar exista gravitație. La 400 km altitudine, atracția Pământului este încă în jur de 90% din cea de la sol. Dacă ar lipsi, stația ar pleca în linie dreaptă în spațiu.

Explicația ține de mișcarea pe orbită. Stația „cade” spre Pământ tot timpul, dar se deplasează lateral atât de repede încât suprafața planetei se curbează sub ea în același ritm în care coboară. Rezultatul este o cădere fără sfârșit. Pentru că astronauții, aparatele și pereții cad toți împreună, cu aceeași accelerație, nimic nu apasă pe nimic, iar corpurile par fără greutate. Fenomenul se numește microgravitație sau imponderabilitate.

Ideea a fost descrisă încă de Isaac Newton, cu experimentul mental al ghiulelei trase de pe un munte: cu cât e lansată mai repede, cu atât cade mai departe, iar peste o anumită viteză nu mai atinge solul deloc. Detalii despre cum ține gravitația Luna și planetele pe orbite găsești în Gravitația: de ce cad obiectele și cum se mișcă planetele, iar principiul inerției, care explică de ce un obiect lăsat în aer continuă să se miște, este descris în Legile lui Newton: mișcarea explicată cu exemple simple.

Important: Senzația de plutire poate fi trăită scurt și pe Pământ, în avioanele care zboară pe traiectorii parabolice, folosite la antrenamentul astronauților. Fiecare parabolă oferă doar câteva zeci de secunde de imponderabilitate.

Cum ajung oamenii și proviziile pe stație

Echipajele ajung la bord cu nave spațiale lansate de rachete, iar călătoria durează de la câteva ore până la o zi-două, în funcție de traiectoria aleasă. Racheta trebuie să ducă nava la viteza orbitală, apoi nava face o serie de manevre pentru a ajunge din urmă stația și a se cupla cu ea.

Ani la rând, capsulele rusești Soiuz, lansate de la cosmodromul Baikonur din Kazahstan, au fost principala cale de acces. Ulterior au fost introduse și capsule dezvoltate de companii private americane, lansate din Florida. Pentru provizii, apă, combustibil și experimente se folosesc nave de marfă fără echipaj, unele dintre ele arse intenționat în atmosferă la întoarcere, încărcate cu deșeuri.

Cum reușește o rachetă să învingă atracția Pământului și de ce are nevoie de mai multe trepte este explicat în Rachetele: cum funcționează și cum au dus omul în spațiu.

Cuplarea cu stația

Apropierea finală se face foarte lent, cu câțiva centimetri pe secundă. Unele nave se cuplează automat la un port, altele sunt prinse cu brațul robotic și trase ușor până la un punct de ancorare. După verificarea etanșeității și egalizarea presiunii, trapele se deschid, iar noii sosiți intră în stație.

O zi obișnuită la bord

Ziua pe stație este programată la minut de centrele de control de pe Pământ, iar stația folosește ora universală coordonată (UTC), ca să nu existe confuzii între echipele din Houston, Moscova, Köln, Tsukuba sau Montreal. Chiar dacă afară Soarele răsare și apune de aproximativ 16 ori în 24 de ore, astronauții păstrează un ritm de tip „zi și noapte” obișnuit.

Weekendurile sunt mai ușoare: curățenie, timp liber, apeluri video cu familia și, foarte des, fotografii ale Pământului prin fereastra modulului Cupola, cu șapte geamuri orientate spre planetă.

Mâncarea în imponderabilitate

Mâncarea de pe stație este gândită să nu facă firimituri și să nu plutească în bucăți prin cabină. Majoritatea preparatelor sunt deshidratate, la care se adaugă apă caldă, sau sterilizate termic în pungi. Pâinea este înlocuită adesea cu lipii, pentru că firimiturile pot intra în ochi sau în aparate. Sarea și piperul sunt livrate sub formă lichidă, în sticluțe cu dozator.

În microgravitație, lichidele se urcă spre cap, iar nasul se înfundă ușor, așa că mulți astronauți spun că simt mai slab gusturile și preferă mâncarea mai condimentată. Fructele proaspete ajung doar odată cu navele de aprovizionare și sunt o bucurie la bord.

Somnul

Fiecare astronaut are o cabină mică, de mărimea unei cabine telefonice, cu un sac de dormit prins de perete, o lumină, un laptop și câteva obiecte personale. Pentru că nu există „sus” și „jos”, poziția nu contează. Ventilația este esențială: fără curenți de aer, dioxidul de carbon expirat ar rămâne ca un nor în jurul capului.

Igiena și toaleta

Pe stație nu există duș. Astronauții se spală cu prosoape umede, săpun și șampon care nu necesită clătire. Toaleta folosește un curent de aer care aspiră deșeurile, în locul apei care curge pe Pământ datorită gravitației. Lichidele sunt colectate și trimise la sistemul de recuperare a apei.

Cum se produc aerul, apa și energia

Stația funcționează ca un ecosistem artificial închis, în care aerul și apa sunt reciclate cât mai mult posibil, iar energia vine de la Soare. Fiecare kilogram adus de pe Pământ costă mult, așa că reciclarea este o necesitate.

• Oxigenul se obține în principal prin electroliză: apa este descompusă cu ajutorul curentului electric în hidrogen și oxigen. Oxigenul este respirat, iar o parte din hidrogen poate fi folosită pentru a recupera apă din dioxidul de carbon.
• Dioxidul de carbon expirat este extras din aer prin filtre și absorbanți speciali, apoi eliminat sau reprocesat.
• Apa este recuperată din umiditatea aerului (inclusiv din transpirație și respirație) și din urină, apoi purificată prin filtrare, distilare și tratare. Astronauții spun în glumă că „apa de ieri devine cafeaua de mâine”.
• Energia electrică vine de la marile aripi cu panouri solare, cu anvergură de circa 73 m, care se rotesc după Soare. Cât timp stația trece prin umbra Pământului, consumul este acoperit de baterii.

Cum se transformă lumina în electricitate și de ce energia nu se pierde, ci doar își schimbă forma, afli din Energia: formele ei și legea conservării pe înțeles.

Temperatura și protecția

În spațiu, partea luminată de Soare se încinge puternic, iar partea din umbră se răcește brusc. Stația folosește radiatoare mari care elimină căldura în spațiu și izolații în mai multe straturi. Pereții modulelor sunt protejați de scuturi care pot opri micrometeoriții, iar dacă un fragment mai mare de deșeu spațial se apropie, stația își poate modifica ușor orbita, aprinzând motoarele unei nave cuplate.

Ce face imponderabilitatea corpului omenesc

Corpul omenesc s-a format sub efectul gravitației, iar fără ea se schimbă rapid: oasele și mușchii slăbesc, lichidele se mută spre cap, iar echilibrul se dereglează. Medicii agențiilor spațiale monitorizează permanent echipajele și cer un program strict de exerciții.

Exercițiile durează aproximativ două ore pe zi. Pe banda de alergare, astronautul este prins cu hamuri și benzi elastice care îl trag spre suprafață; altfel, la primul pas ar pluti spre tavan. Aparatul de forță folosește cilindri cu vid care simulează greutăți.

Sfat: Dacă vrei să explici unui copil de ce astronauții fac atâta sport, compară cu un picior ținut în ghips câteva săptămâni: mușchii slăbesc pentru că nu mai sunt folosiți. Pe stație, întregul corp e „în ghips” din punctul de vedere al gravitației.

Întoarcerea pe Pământ

După o misiune obișnuită de circa șase luni, revenirea la gravitație este solicitantă. Astronauții sunt ajutați să iasă din capsulă, iar în primele zile au nevoie de timp pentru a-și recăpăta echilibrul și siguranța pașilor. Recuperarea completă a oaselor poate dura mult mai mult decât misiunea propriu-zisă.

Ce experimente se fac pe stație

Stația este în primul rând un laborator în care se pot studia fenomene imposibil de observat pe Pământ, unde gravitația amestecă lichidele, ridică flăcările și deformează cristalele. Experimentele sunt propuse de universități, institute și companii din toate țările partenere.

Câteva direcții de cercetare importante:

1. Corpul omenesc: cum se adaptează inima, oasele, ochii și sistemul imunitar la zboruri lungi, informații necesare pentru viitoarele misiuni spre Lună și Marte.
2. Fizica fluidelor și a flăcărilor: în microgravitație flacăra unei lumânări devine sferică și albăstruie, pentru că aerul cald nu mai urcă.
3. Materiale noi: aliaje, cristale de proteine și fibre care se formează mai uniform fără gravitație.
4. Plante: creșterea salatei și a altor plante în sere mici, pentru hrana viitoarelor echipaje.
5. Observarea Pământului: fotografii și măsurători ale atmosferei, furtunilor, incendiilor și luminilor orașelor.

Toate aceste studii respectă pașii obișnuiți ai cercetării, de la ipoteză la verificare și repetare, descriși în Metoda științifică: cum verifică cercetătorii o idee.

Ieșirile în spațiu

O ieșire în spațiu (activitate extravehiculară) înseamnă că un astronaut părăsește stația îmbrăcat într-un costum presurizat, care este practic o navă spațială în miniatură. Ieșirile durează de regulă între șase și opt ore și se fac în echipe de doi, legați de stație cu cabluri de siguranță. Sunt folosite pentru montarea de echipamente noi, schimbarea bateriilor și repararea instalațiilor exterioare.

Cum vezi stația de pe cerul României

Stația poate fi văzută cu ochiul liber ca un punct luminos foarte strălucitor, care traversează cerul în câteva minute, fără să clipească. Este, de obicei, cel mai luminos obiect de pe cerul nopții după Lună și planeta Venus.

Poți s-o vezi doar în anumite condiții:

• la câteva ore după apus sau înainte de răsărit, când tu ești în întuneric, dar stația, aflată la mare înălțime, este încă luminată de Soare;
• când trece deasupra regiunii tale, lucru care se întâmplă în serii de câteva zile, apoi lipsește o perioadă;
• pe cer senin, de preferință departe de luminile puternice ale orașului.

Agenția spațială americană oferă un serviciu public, numit Spot the Station, iar mai multe aplicații de astronomie anunță trecerile pentru orașul tău, cu ora, direcția de apariție și înălțimea maximă pe cer.

Dacă îți place să urmărești cerul, aceleași condiții bune de observare te ajută și la ploile de meteori, iar ghidul de astronomie pentru începători îți arată cum să te orientezi printre stele și planete.

Sfat: Un binoclu obișnuit nu îți arată detalii ale stației, pentru că se mișcă prea repede, dar o fotografie cu expunere lungă, făcută cu telefonul pe trepied, surprinde frumos traseul ei ca o linie luminoasă.

Stația și România

România participă la cercetarea spațială în principal prin calitatea de stat membru al Agenției Spațiale Europene (ESA), coordonată la nivel național de Agenția Spațială Română (ROSA). Prin ESA, cercetători și firme din țară pot participa la programe europene, inclusiv la experimente care folosesc laboratorul Columbus.

Primul român ajuns în spațiu a fost Dumitru-Dorin Prunariu, în mai 1981, la bordul navei Soiuz 40. El a zburat spre stația sovietică Saliut 6, o predecesoare a stațiilor de azi, unde a efectuat experimente științifice timp de aproape opt zile. Despre alți oameni de știință și ingineri români care au contribuit la istoria tehnicii poți citi în Inventatori români celebri și invențiile lor, explicate.

Ultimele recomandări

Stația Spațială Internațională este un laborator locuit permanent, aflat într-o cădere liberă continuă în jurul Pământului. Viața la bord înseamnă reguli stricte: aer și apă reciclate, mâncare fără firimituri, somn în saci prinși de perete și ore zilnice de sport pentru a proteja oasele și mușchii. În schimb, stația oferă condiții unice pentru experimente despre corpul omenesc, materiale, plante și fenomene fizice și pregătește misiunile mai lungi ale viitorului.

De reținut:

• orbita este la circa 400 km, iar o rotație completă durează aproximativ 92 de minute;
• astronauții plutesc pentru că sunt în cădere liberă, nu pentru că lipsește gravitația;
• oxigenul vine în principal din electroliza apei, iar apa este reciclată intens;
• echipajele fac aproximativ două ore de exerciții pe zi;
• stația se vede cu ochiul liber din România, la amurg sau în zori.