“航天联合国”打造第四代空间站
1998年10月20日，威力巨大的俄罗斯质子号火箭点火升空，把国际空间站的第一个部件——多功能舱（FGB）发射入轨，为人类的太空大厦铺下了第一块“基石”，从而拉开了第四代空间站国际空间站建设的序幕。这座由16个国家共同打造的“太空大厦”，既是对人类航天技术的挑战，又必将对人类航天产生深远的影响。
国际空间站工作示意图
国际空间站是由以美国、俄罗斯为首，包括加拿大、日本、巴西、比利时、丹麦、法国、德国、英国、意大利、荷兰、西班牙、瑞典、瑞士和爱尔兰共16个国家组成的“航天联合国”共同打造的“太空大厦”。国际空间站是至今人类在太空建造的最庞大设施，建成后的总质量为419吨，舱段长74米，桁架长110米，增压舱总容积1202立方米，舱内压力和气体成分与地面相同，电源输出功率110千瓦，可容纳6名航天员同时在上面长期居住，最多时可容纳15人在上面从事考察活动，建成的国际空间站，将运行在倾角51.6度、高度为397千米的轨道上。最初，这座空间站先处于有人照料状态，在完成全部建造工作后，可具有长期载人能力。
早在1984年，美国里根总统就批准了美国航空航天局提出的建造自由号空间站的计划。该计划由美国牵头，日本、西欧和加拿大参加，后来由于经费等种种原因，自由号空间站的规模逐渐缩小。
尽管不知耗费巨资建造自由号空间站到底价值如何，在美国如一直是争论不休的话题，然而，1993年美国众议院还是以一票的微弱优势，通过了继续支持空间站的计划。同年，美国副总统戈尔与俄罗斯总理签署了一项空间合作协议，旨在利用俄罗斯的空间站技术和组织多国联合，解决资金等问题，在2002年建成一座由美、俄、日本、加拿大等16个国家联合研制的国际空间站。这个空间站计划代替了自由号空间站计划，俄罗斯也放弃了再建和平2号空间站的计划。
目前正在建造的国际空间站是模块式和桁架式结构的“混血儿”，它是由一个美国研制的长达110米的主桁架、居住舱、实验舱和太阳能电池帆板，俄罗斯的服务舱、研究舱和太阳能电池帆板，日本的实验舱，欧空局的哥伦布轨道设施和加拿大的移动服务系统等组成。
与和平号空间站不同，国际空间站的设计的最大优点是太阳电池帆板互不遮挡，视野相当开阔，共享的资源设计避免了浪费。但它的许多结构部件都需要航天员出舱装配，其技术难度和风险是不言而喻的。
国际空间站主要由两大结构呈十字状组合在一起而形成。其中，纵向的主干是由若干个舱体构成，横向则由9段构架构成长长的桁架组成。在纵向的各舱体上，还衍生出其他一些舱段；而横向的桁架两端也挂起巨大的太阳能电池板、散热器等装置。
国际空间站由指令和数据处理、电源、跟踪与通信、热控制、环境控制与生命保障、制导导航与控制、结构与机构、有效载荷、机械臂、舱外活动、在轨维护、航天员、乘员健康保障等13个系统构成。
原计划需要航天飞机和俄罗斯质子号运载火箭飞行43次，飞行频率高达每年8次，航天员需要在国际空间站外进行168次总计1360小时舱外活动作业，以完成舱段、部件的组装和更换维修等工作。由于2003年哥伦比亚号航天飞机失事，组建工作推迟至2010年完成。
缘何耗费巨资兴建人类的“太空大厦”？
据有关资料介绍，国际空间站至少在建成后10年内将在下列领域为科学家提供科学研究的舞台。
蛋白质晶体研究。 目前，科学家已经发现，在空间失重的条件下，蛋白质晶体可以比在地球上生长得更为纯净。通过对这些晶体的分析，科学家们可以更深入地解开蛋白质、酶和一些病毒之密，有助于由此而研制出新的药物和更好地了解生命的基本构造元。
其实，多年来，科学家们已经在航天飞机上进行了类似的实验和研究工作。但是，由于航天飞机每次飞行时间有限，而担负的使命又是多样的。因此，使这种试验受到限制。尽管如此，已取得的成果也足以引起人们的兴趣，以至于人们对太空制药的兴趣和信心倍增。全球最大的制药公司与美国航宇局合作，试图在太空中研究出治疗癌症、糖尿病、肺气肿和免疫系统失调的药品或方法，便是最好的证明。
微重力下的生命科学研究。失重、辐射等空间条件将给人体带来包括肌肉萎缩、心血管功能降低和骨质疏松等变化。这种影响到底有多大，怎样减轻和克服这种影响，将是未来空间站研究的课题之一。在空间站上，科学家将研究长期处于微重力条件下人体的变化及影响。 目前人类在太空中生活时间最长的纪录是苏联航天员波利亚克夫创造的，他在太空中生活了439天。而未来深空探测载人飞行时间往往不是以月计的，可能将是以年计算。因此，此项研究可使人类为未来长期探索太阳系，甚至为实现火星着陆居住等提供理论数据和做准备。此外，这些研究还可以使人们更好地了解某些人体系统和疾病的成因、演变，并找出治疗办法。
除了开展上述生物医学范畴的研究外，在空间站上，还将进行重力生物学范围的一系列实验，主要包括微重力对动、植物和生命细胞功能影响等。据有关资料介绍，空间站上的离心居住舱内的离心实验设施将利用离心力产生模拟重力，其范围几乎从零至两倍于地球引力。该设备模拟的地球引力，可以起到与空间站微重力条件下的实验相比较的作用，还可以消除实验中的可变量；同时，这些设施还可以根据实验的需要，模拟月球和火星上的引力，以取得一些极有价值的数据，而这些实验和研究可以为未来人类空间旅行、建立月球和火星基地及实现永久性居住提供有用的信息。
生物反应器研究。重力的干扰对活细胞的体外生长将产生一定的影响。科学家认为，在空间不受重力干扰下也许更容易进行细胞的培育。据报道，美国宇航局已研制出能改变和模拟减小重力对组织培养的影响的生物反应器装置，这种装置在地面上使用后，尽管仍然受到重力的影响，但仍培育出比正常情况下生成的质量更高的组织，使医生能够做到在不危害病人的条件下，精确地实验治疗癌症的新方法。同时，高质量的组织培养也已用于生长胰腺细胞，使糖尿病人在不按常规使用胰岛素的情况下得到治疗。据此，科学家们对利用空间站上长时间微重力环境进行组织培养充满信心。也许长期困扰人类的癌症、糖尿病等疑难病症，将会在空间站上得到攻克。
空间的火、流体和金属研究。进行材料科学研究是空间站的主要实验项目之一。在已进行的燃烧科学研究中发现，在没有重力的情况下，火的燃烧也是不同的。由于空间环境减少了如地球环境上存在的那种对流流动，因此不存在地球上这种由于对流而出现的热空气或流体上升，使冷空气或流体下沉的现象。没有对流，火的存在形式也是不一样的，而在空间轨道上看火怎样燃烧，可以研究在地球上不可能进行的燃烧过程，从而发现人类在这方面的未知。
由于已经进行的空间流体物理研究表明，在微重力条件下，液体不会因比重不同而产生上下对流或沉积等移动的现象。因此，在这种环境里，可以研究被重力掩盖的作用力和由此而引起的液体特性。同样，没有对流可以使熔化了的金属与其他材料更为均匀地混合。在此之前，人类在空间站里进行的这种空间材料科学的研究，已经生成了包括砷化镓晶体在内的一些金属材料。因此，完全有理由相信太空将是一个理想的材料加工厂，在空间站里，有望研究出更好的、地面无法合成的金属合金和材料。上述研究的实施，也许将使人类工业革命产生飞跃性发展。
空间自然特性研究。根据目前的设计方案，建成后的国际空间站将有14个完全暴露在外的实验场所，在这些场所将在完全暴露的空间环境下，探究长期暴露对材料的影响。由此可以使科学家更好地了解空间的自然特性，从而使航天器的设计更为科学。同时这种纯暴露环境还可以进行被称为基础物理研究范畴的基本自然力的研究，它可以研究在地球上由于受重力作用后，非常弱小的很难于研究的力，从而有助于解释地球上很难解释的现象和整个宇宙的发展演变。据介绍，科学家计划在完全暴露的条件下，进行包括利用激光器使原子冷却至接近绝对零度在内的一系列试验，这些都可能有助于人类更好地了解重力本身。进行这种基础物理研究除可回答有关自然的基本问题外，对人类的生活也许会有实际进展，可能会由此出现比原子钟精确上千倍的钟和强度更高的材料等。
地球观测及研究。开展外层空间研究，很大程度上是为了研究人类生存的地球。国际空间站可以作为观测地球的空间平台，进行地球上环境变化的持续跟踪，以获得地球上无法得到的全球景象，即地球科学的研究。从而有助于加深人们对山脉、森林、火山、台风等自然界变化的认识。同时，还可以观测城市污染、生存环境变化等人为造成全球环境变化的影响。在空间站上开展的地球科学研究，其范围是多方面的，它几乎包括了地球学、海洋学、生态学和地球科学研究的各个学科。
宇航员在做科学实验
整个空间站的试验活动，将通过通信卫星传至地面，使地面能随时观测到航天员在轨道舱里进行各种试验活动的场景。同时，通过通信卫星，空间站里的航天员和整个地面相关的试验机构，均可对空间站里的实验进行控制和监测。
上述研究将视空间站的建造速度和进展情况逐步展开。据有关资料透露，2003年前，美国将在建立空间站的同时，进行微重力下的生物技术（包括生物医学、生命科学等）、材料科学、流体力学、蛋白质晶体生长、特殊合金、半导体材料生产等；2004—2009年期间，将利用空间站进一步进行生命科学和物理研究，完成先进的生命保障系统，开发和示范保护航天员免受微重力、强辐射影响的有效方法等。
除此之外，空间站还可以用于为未来进行星际旅行的载人航天器设备进行各种试验，以提高设计水平和可靠性，降低空间飞行风险和成本。
整个空间站的试验活动，将通过通信卫星传至地面，使地面能随时观测到航天员在轨道舱里进行各种试验活动的场景。空间站里的航天员和整个地面相关的试验机构，均可对空间站里的实验进行控制和监测。
可以相信，这个迄今最大的航天器的建成，可为人类在新世纪观察地球及进行科学研究提供一个前所未有的场地。这里开展的一系列工作将为生物、医药和工业的进步，改善地球人的生活条件和未来太空旅行开辟途径。可以毫不置疑地认为，随着运载能力的提高和航天技术水平的不断发展，未来的空间站将比现在大得多，功能也比现在强大的多，取得的成果也会是很大的。