空间站(space station)或称轨道站(orbital station)是一种持续在轨道上运行、并能让人长期驻留的航天器(spacecraft)。因此，它是一种具备居住设施的人造卫星(artificial satellite)。空间站的用途会因不同的项目而有所不同。大多数情况下，空间站是用于科研的，但它们也曾用于军事或商业，在后者如针对用来接待太空游客(space tourists)。
空间站迄今为止是人类在太空中唯一能够持续驻留的场所。第一个空间站是1971年的苏联“礼炮1号(Salyut 1, 1971)”，搭载了苏联“联盟11号(Soyuz 11)”飞船上的第一批宇航员，但飞船最终失事，没能成为人类第一个有人驻留的空间站。此后，从1973年人类第一个真正有人驻留的美国“天空实验室(Skylab, 1973)”开始，空间站便一直运行，14年后的1987年苏联礼炮号的后续项目“和平号(Mir)”空间站也开始有人驻留了。自1987年的和平号向2000年首次有人进驻的国际空间站(International Space Station, 即ISS)的过渡以来，通过轨道空间的空间站实现持续有人驻留状态一直得以维持。
天空实验室(Skylab, 1973-1974)是美国首个空间站，也是全球第二个空间站、第一个有人驻留的空间站。from Wikipedia
目前有两个完全投入使用的空间站(fully operational space station)：国际空间站(International Space Station, 即ISS)和中国的天宫空间站(Tiangong Space Station, 即TSS)。前者自2000年10月起由探险1号(Expedition 1)送宇航员来驻留，后者则是自2022年6月起由神舟14号(Shenzhou 14)送宇航员前来进驻。在同一个空间站上同时驻留人数最多的纪录为13人，于2009年由航天飞机(space shuttle)第127次任务的11天对接(docking)到国际空间站所创下。目前所有空间站同时驻留人数最高纪录为17 人，于2023年05月30日所创下，当时国际空间站上有11人，天宫空间站上有6人。
单次太空飞行及驻留的持续时间纪录为437.75天，由瓦列里.波利亚科夫(Valeri Polyakov)于1994-1995在和平号(Mir)空间站上保持的。截至2021年，有四名宇航员完成了超过一年的单次任务，他们都是在前苏联(后来的俄罗斯)的和平号空间站上完成的。
前苏联(后来的俄罗斯)的和平号(Mir)空间站，1998年摄。from Wikipedia
当前空间站与过去空间站的尺寸对比。蓝色部分为太阳能电池板(Solar panels)，红色部分为散热器(heat radiators)。from Wikipedia
在苏联最初的探索过程中所研发的硬件设备仍在使用，其改进后的版本构成了如今仍在轨道上运行的国际空间站的重要组成部分。每个机组(crew member)在空间站停留的时间为数周或数月，很少超过一年。早期的航天站都是整体式设计(monolithic design)，一次性建造并发射完成，通常会配备所有必需的物资和实验设备。随后会派遣一组宇航员前往该站，开展相关研究工作。当物资耗尽后，该站便被废弃。
后来的空间站通常由多个模块组成，其设计中设有对接口(docking ports)，通过它们模块得以连接或移动，实现与其他航天器的对接以及人员、物资和工具的交换；因此空间站才得以扩展和维护。
可见，空间站分为整体式(monolithic)和模块式(modular)两种类型。整体式空间站由一个单一的飞行器构成，并由一枚火箭发射升空。而模块式空间站则由两个或更多独立的飞行器组成，这些飞行器分别发射并在轨道上进行相互对接。目前，模块式空间站更受青睐，因为其成本更低且更具灵活性。
空间站虽然通常不会偏离轨道，但也配备了推进器 (thrusters)以保持轨道稳定。
最早空间站类概念的描述出现在美国作家、历史学家、17岁就哈佛大学本科毕业的神童和一位神教牧师(Unitarian minister)爱德华.埃弗雷特.黑尔(Edward Everett Hale, 1822-1909)1868年著作《砖月亮》(The Brick Moon)中。20世纪初，苏联火箭科学家、航天先驱康斯坦丁.齐奥科夫斯基(Konstantin Tsiolkovsky, 1857-1935)和生于奥匈帝国的罗马尼亚人、德国物理学家和火箭先驱赫尔曼.奥伯特(Hermann Oberth, 1894-1989)先后相隔约二十年首次对现代空间站进行了严肃且科学的探讨。
爱德华.埃弗雷特.黑尔(Edward Everett Hale, 1822-1909)1868年著作《砖月亮》(The Brick Moon)，是一部连载作品，也是人类首个虚构的空间站或栖居地(habitat)。from Wikipedia
1961年04月12日，人类首次进入太空，完成了首次绕地球飞行，乘坐的飞船是苏联的“东方1号(Vostok 1)”。
在美国阿波罗项目(Apollo program)的早期规划阶段，除了月球着陆(lunar landing)方案之外，还谋划了一个载人月球轨道飞行(crewed lunar orbital flight)以及一个在地球轨道上的轨道实验室站(orbital laboratory station)的方案，当时称为“奥林匹斯方案(Project Olympus)”；两个方案被视为两个可能的目标。然而，在肯尼迪政府(Kennedy administration)的推动下，阿波罗项目转而专注于原本计划后进行的月球着陆方案。奥林匹斯方案中的空间站，即阿波罗项目的轨道实验室，被设想为一个阿波罗指挥与服务模块(Apollo command and service module)能与之对接的在太空中展开的结构(unfolded structure)。尽管这一方案从未实现，但阿波罗执行对接操作的指挥与服务模块，最终演变成为类似空间站用途(station-like purposes)的月球轨道模块(lunar orbiting module)。
但在此之前，美国的双子座项目(Gemini program)已经为后续发展奠定了基础，并于1965年实现了飞船与“双子座6号(Gemini 6)”和“双子座7号(Gemini 7)”的首次太空会合(rendezvous)和分离(undocked)。随后的1966年，尼尔.阿姆斯特朗(Neil Armstrong)则在“双子座8号(Gemini 8)”上完成了有史以来的首次太空对接(docking)；而在1967年，苏联的“宇宙186号(Kosmos 186)”和“宇宙188号(Kosmos 188)”则是首批实现自动对接的航天器。
与双子座 8 号(Gemini 8)实现对接(docking)的阿涅拉飞行器(Agena vehicle)。from Wikipedia
阿涅拉飞行器与双子座 8 号实现对接的过程中视频截图。from Wikipedia
1969年1月，苏联的联盟4号(Soyuz 4)和联盟5号(Soyuz 5)完成了首次对接，但非内部对接，的机组人员转移任务；而同年的3月，美国的阿波罗9号(Apollo 9)则完成了两个航空器间内部对接后人员转移任务。
1971年，苏联研制成世界上首个空间站礼炮1号(Salyut 1)，于 1971年04月19日发射升空。早期的苏联空间站都被称为“礼炮号(Salyut)”，分为民用型(civilian)和军用型(military)两种类型。军用型的礼炮2号、礼炮3号和礼炮5号，也被称为“钻石空间站(Almaz stations)”。 最后一个军用型的空间站是礼炮5号，于1976-1977在太空中运行。民用型的礼炮6号和礼炮7号均设有两个对接口，使得能让乘一艘新飞船的第二批宇航员前来进驻，联盟号补给飞船(ferry)可以在太空中停留90天，到时就需要由一艘新联盟号飞船送人和物资来补给；使得能持续有宇航员在空间站工作。
美国的“天空实验室(Skylab, 1973-1979)”也配备了两个对接口，与第二代空间站类似，但额外的接口从未使用过。而第二代空间站上配备的第二个对接口则使得更先进的补给飞船能够与空间站对接，从而能够带来新的物资以支持长期任务。礼炮7号在即将退役前“硬对接(hard docked)”了一艘TKS拖船(tug)，为模块化空间站概念提供了实践验证。后来的礼炮号可以看作是整体式和模块化两种类型之间的过渡型。
苏联的和平号空间站与之前的空间站不同，采用了模块化设计；首先发射了一个核心单元，随后又陆续添加了具有特定功能的其他模块。这种设计使得运行更具灵活性，并且无需使用单一强大运载火箭。模块化的空间站从一开始就设计成由后勤支援飞船(logistical support craft)提供补给，这使得其使用寿命更长，但需要定期进行补给飞船的发射。
国际空间站分(ISS)为两个主要部分，即俄罗斯轨道段(Russian Orbital Segment, 即ROS)和美国轨道段(US Orbital Segment, 即USOS)。国际空间站的第一部分俄罗斯“曙光号(Zarya)”于1998年发射升空。俄罗斯轨道段的第二代模块能借助“质子号(Proton)”运载火箭发射升空，准确进入预定轨道，并在无人干预的情况下完成对接。电力、数据、气体和推进剂(propellants)的连接都自动完成。俄罗斯的自动对接技术使得在宇航员登舱之前就能完成空间站的组装工作。俄罗斯第二代模块能根据需求进行重新配置(to be reconfigured)。截至2009年，俄罗斯国家航天集团公司(RKK Energia)考虑在国际空间站任务结束后，从俄罗斯轨道段轨道载人装配与实验综合设施(Orbital Piloted Assembly and Experiment Complex)中移除并重新利用部分模块。但2017年9月，俄罗斯联邦航天局(Roscosmos)的负责人表示，已经对将空间站分离以形成 OPSEK的技术可行性进行了研究，目前尚无将俄罗斯部分从国际空间站中分离出去的执行计划。
照片中展示了宇航员和宇宙飞船模型，为“太空竞赛(Space Race)”末期的1975年美国和苏联的阿波罗与联盟号(Apollo–Soyuz)飞船首次对接的场景。from Wikipedia
这是一块纪念牌匾，用于纪念于1998年01月28日签署的《各国关于空间站的协议》(Space Station Intergovernmental Agreement)。from Wikipedia
国际空间站项目(International Space Station programme)标志(包含最初签署国的国旗)。from Wikipedia
国际空间站(ISS)，2021年摄。from Wikipedia
相比之下，美国发射的大部分模块是通过航天飞机(Space Shuttle)运抵太空站的，并由宇航员在舱外将其安装在空间站上。在此期间，还会连接电力、数据、推进系统(propulsion)和冷却液(cooling fluids)等线路，从而形成一个整合的模块组合体，且必须作为一个整体而非拆解开进行脱轨(deorbited)处理。“艾克西姆空间站(Axiom Station)”是一个规划中的商用(commercial)空间站，其初始形式为一个与国际空间站对接的单个模块。艾克西姆站项目于2020年1月获得了NASA的批准。首个模块，即“有效载荷电力传输模块(Payload Power Transfer Module, 即PPTM)”，预计最早将于2027年送往国际空间站。它将在国际空间站停留至大约一年后待艾克西姆“栖息地一号(Hab-1)”模块发射之后，届时它才会与国际空间站脱离，并于栖息地一号模块连接在一起；成为可自由飞行的空间站，用于旅游和科学研究。
“发现号(Discovery)”航天飞机(Space Shuttle)在执行“STS-120”任务时开始升空。from Wikipedia
中国首个空间实验室(space laboratory)“天宫一号(Tiangong-1)”于2011年9月发射升空。无人驾驶的“神舟八号(Shenzhou 8)”于2011年11月成功完成了与之自动交会对接。随后，载人的“神舟九号(Shenzhou 9)”于2012年6月与天宫一号成功对接，紧接着载人的“神舟十号(Shenzhou 10 )”于2013年也与“天宫一号”成功对接。据中国载人航天工程办公室(China Manned Space Engineering Office)消息，天宫一号于2018年04月02日世界协调时(UTC)00:15在南太平洋上空、塔希提岛(Tahiti)西北部坠入大气层。
2016年9月，中国第二个空间实验室“天宫二号(Tiangong-2)”发射升空，而“天宫三号(Tiangong-3)”则计划与“天宫二号”整合在一起。天宫二号于2019年07月19日进行了可控再入地球操作，并在南太平洋上空烧毁。
天宫空间站(Tiangong Space Station)是中国模块化空间站的首个模块，于2021年04月29日发射升空。它位于近地轨道，距离地球340-450公里，轨道倾角在42°-43°。2022年，核心模块进行了扩展，新增了两个实验模块，使整个空间站的载员能力达到了6人。该空间站于2022年11月05日建成。
中国天宫空间站(TSS)的电脑渲染图，2022年11月。from Wikipedia
未来几年计划中的其他重要空间站如下：
计划2026年5月发射的美国Vast公司项目哈文1号(Haven-1)，容积80立方米，容纳4人；成功后将成为全球首个商业空间站。
计划2026年发射的美国Gravitics公司项目星马斯(StarMax)，容积400 立方米；成功后该模块将提供相当于国际空间站半个模块的可用居住空间。
计划2027年发射由美国国家航空航天局(NASA)、欧洲航天局(ESA)、加拿大航天局(CSA)和日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)的合作项目月亮门(Lunar Gate)，容积不小于125立方米，容纳4人；作为NASA“阿特米斯(Artemis)”项目的月球着陆任务以及后续火星载人任务的集结点(staging area)。
计划2027年发射由美国Blue Origin和美国Sierra Space两家公司合作开发的轨道岛礁(Orbital Reef)项目，容积830立方米，容纳10人；为位于近地轨道的商用站点，将面向科研、工业、国际及商业客户。”
俄罗斯计划在2024 年之后的某个时间退出国际空间站，俄罗斯联邦航天局(Roscosmos)于 2021年4月宣布将于2017年发射俄罗斯轨道服务站(Russian Orbital Service Station)项目；为俄罗斯的下一代空间站。
印度航天局(ISRO)主席K.斯万安(K. Sivan)在2019年宣布，印度不会加入国际空间站，而是将自行建造自己的空间站。印度航天局计划2028年发射Bharatiya Antariksha Station项目，容积约265立方米，重52吨，容纳3人。
美国Vast公司计划2035年发射人造重力站(Artifical Gravity Station)项目，容积1,400立方米；将成为世界上首个人造重力空间站。
在国际空间站上，游客中不乏愿花费5,000万美元来度过一周，体验作为宇航员的生活。以后随着发射成本的大幅降低，太空旅游计划将进一步扩大。到2020年代末，太空旅馆(space hotels)可能会变得较为常见。目前，将任何物体送入轨道空间的平均成本在每公斤1-2.5万美元之间。因此，空间站目前尚处在政府航天机构的专属领域，主要依靠政府税收来获得资金。就国际空间站而言，太空旅游只是其运营资金中的一小部分。然而，未来商用市场有着不可估量的前景；就美国而言，已经有不少私人公司正在着手计划开发这一潜在的市场。
空间站是一种复杂的航天器，包含众多相互关联的子系统(subsystems)，包括结构、电力供应、热控制、姿态确定与控制(attitude determination and control)、轨道导航与推进(orbital navigation and propulsion)、自动化与机器人、计算与通信、环境与生命支持(environmental and life support)、乘员设施以及乘员与货物运输等。
美国肯尼迪航天中心(Kennedy Space Center)的空间站加工设施(Space Station Processing Facility)是负责完成装配空间站各部件的总装车间。from Wikipedia
空间站由耐用材料制成，这些材料必须能经受住太空辐射、内部压力、微流星体(micrometeoroids)、太阳的热效应(thermal effects)以及低温的长期影响。它们通常由不锈钢、钛(titanium)和高质量的铝合金(aluminum alloys)制成，并且还设有诸如凯夫拉尔(Kevlar)这样的隔热保温层(insulation)兼作防撞保护作用(ballistics shield protection)。
NASA1960年代就曾考虑过使用可充气居住空间(inflatable habitats)的想法。国际空间站有一个可充气模块，即“毕格罗可扩展活动模块(Bigelow Expandable Activity Module, 即BEAM)”； 是由毕格罗航天公司(Bigelow Aerospace)最初与NASA签订的价值1,780万美元合同开发的实验性可扩展空间站模块，于2016年04月10日在SpaceX CRS-8补给任务中被送至国际空间站后安装到位，作为临时模块进行测试，04月16 日与空间站对接，并于05月02日进行了扩展和加压处理。该模块基于美国国家航空航天局在1990年代的研究，最初设计的使用期限为2年，但在2022年8月即6年后它仍继续服务并用于存储空间。
毕格罗可扩展活动模块由两块金属舱壁(bulkheads)、一个铝构架(aluminium structure)以及多层间隔排列的柔软织物(multiple layers of soft fabric with spacing between layers)组成，织物用于保护内部的约束和气囊系统(restraint and bladder system)。它既没有窗户，也没有内部电源。它在通过通用对接口(Common Berthing Mechanism)与空间站连接约一个月后进行了胀扩。它从包装尺寸的长2.16米，直径2.36米膨胀至受压尺寸长4.01米，直3.23米，有效容积16.0立方米。重量为1,413千克，内部压力为一个标准大气压，即101.3kpa，与国际空间站内部压力相同。
一名机组人员每年进入该模块三、四次，以收集传感器数据、进行表面微生物采样、定期更换辐射监测器以及检查模块的整体状况；舱门除这几次外的其他时间都关闭。其内部被描述为“有软垫且墙面白色的大储物间”，各种设备和传感器固定在两个中心支撑体上。具有弹性的类似凯夫拉尔(Kevlar)的材料是公司专有技术。结构外壳中的多层柔性织物和聚乙烯闭孔泡沫(closed-cell vinyl polymer foam)提供冲击及辐射防护。在2002年NASA的一项研究中，有人提出，含氢量高的材料，如聚乙烯(vinyl polymer)，相比金属如铝能更有效地减少初级和次级辐射。聚乙烯聚合物也可用于实验室及其他辐射防护服的应用中。
在美国内华达州(Nevada)北拉斯维加斯(North Las Vegas)的毕格罗航天公司(Bigelow Aerospace)车间内完成了“毕格罗可扩展活动模块(Bigelow Expandable Activity Module, 即BEAM)”的组装工作。from Wikipedia
位于约翰逊航天中心的毕格罗可扩展活动模块扩展后足尺实物模型。from Wikipedia
毕格罗可扩展活动模块被机器人臂移至国际空间站“宁静(Tranquility)”部分的后部舱口处(the aft port)。from Wikipedia
毕格罗可扩展活动模块与国际空间站对接后的胀扩进程。from Wikipedia
杰夫.威廉姆斯(Jeff Williams)在早期测试期间身处毕格罗可扩展活动模块内。from Wikipedia
欧洲航天局宇航员保罗.内斯波利(Paolo Nespoli)身处备了货物存储箱的毕格罗可扩展活动模块舱内。from Wikipedia
太空飞行和空间站生活给人带来了诸多挑战，既有短期问题，如空气、水和食物的供应有限，以及处理废热的问题等；又有长期问题，如失重状态和相对较高的电离辐射水平。无论短期还是长期，对人体的影响是复杂的，危害性都很大。
长期处于失重(weightlessness)状态会带来一系列严重的不良影响，包括肌肉萎缩(muscle atrophy)和骨密度损失的骨骼退化(bone deterioration)造成如太空飞行性骨质疏松症(spaceflight osteopenia)。其他显著影响还包括心血管系统功能减缓、红细胞生成减少造成的太空贫血(space anemia)、平衡失调(balance disorders)以致头晕恶心呕吐、视力异常(eyesight disorders)以及免疫系统变弱。还有其他症状，如体重减轻、鼻塞、睡眠障碍和胃肠胀气、体液重新分布(fluid redistribution)导致失重状态下的宇航员常见的“月球脸(moon-face)”水肿。
美国宇航员玛莎.伊文斯(Marsha Ivins)在空间站中展示了微重力环境(microgravity)对她的头发产生的影响。from Wikipedia
宇航员克莱顿.安德森(Clayton Anderson)在“发现号(Discovery)”航天飞机上观察到一个水泡在他面前漂浮着；在微重力环境下，水的黏附作用比在地球上更为显著，因此那种情况下人不能哭出泪水来。from Wikipedia
国际空间站内宇航员们处于失重状态，画面最前面的迈克尔.福洛(Michael Foale)正在进行健身活动。from Wikipedia
国际空间站内宇航员弗兰克.德.维尼(Frank De Winne)正在通过弹力绳与“科尔伯特(COLBERT)”健身器材连接在一起进行有针对性的锻炼。from Wikipedia
失去或削弱大气和地球磁场保护，更多暴露在紫外线(ultraviolet rays)、宇宙射线(cosmic rays)下，致癌和老年痴呆即阿兹海默症(Alzheimer's disease)、甚至致命的风险大大增高；而直接暴露在太阳风暴(Solar Storm)、太阳耀斑(Solar Flare)的太空环境下更加重了太阳射线和高能宇宙射线的辐射量。
国际空间站的工作人员拍摄的一段南极极光(Aurora Australis)的视频的截图，这种现象是由太空环境中高能粒子(high-energy particles)所引起的。from Wikipedia
辐射剂量(Radiation Doses )对比分析图表，包含MSL火星探测号上的RAD探测器在从地球飞往火星的途中所检测到的(2011-2013)；可见国际空间站内的辐射量远高于地表海平面上。from Wikipedia
长期封闭、狭小、孤独的环境以及迥异于宜居地球表面昼夜规律变换的环境，使得生活其间的人容易产生类似南极研究站过冬人员的焦虑、抑郁等心理障碍。
国际空间站上的机组人员(STS-131)，2010年04月14日摄。from Wikipedia
在空间站上形成的霉菌(molds)会产生酸性物质(acids)，会腐蚀金属、玻璃和橡胶。尽管针对微生物的分子检测方法不断增多，但要快速且有效地评估微生物细胞(microbial cells)在不同进化谱系下(phylogenetic lineage)的差异存活能力，仍是一项尚未解决的难题。
目前或未来几年的空间站仅仅是临时性空间实验室、短暂驻留的体验性天空旅馆、或登陆月球或未来登陆火星的转运集结点；未来的太空定居点应该会解决如上这些问题，并且其设计会考虑到超出当前通常持续数周或数月的时间范围的长期居住需求。可能的解决方案包括通过旋转结构来创造人造重力(artificial gravity)、设置辐射防护设施以及开发居住点内农业生态系统。某些设计甚至可能要容纳大量人员，从而成为实质上“太空城市(cities in space)”，让人们能够半永久性(semi-permanently)地居住在那里。
在水星(Mercury)、金星(Venus)、地球、火星(Mars)轨道以内的所谓内太阳系(inner Solar System)运行的航天器，通常依靠使用光伏太阳能电池板(photovoltaic solar panels)来从阳光中获取电能。而在木星轨道之外，太阳辐射强度太弱，目前技术还不足以产生航天器可以依靠的电力，用到的目前技术至太阳系最外侧也就止于执行木星探测任务上，即2011年发射2016年到达的朱诺号(Juno mission)；因此，在外太阳系一般会使用放射性同位素热电发生器(radioisotope thermoelectric generators, 即RTG)来作为电源。光电转化效率从1970年代硅电池(silicon cells)的约12%提高到了目前砷化镓(gallium arsenide, 即GaAs)电池的约30%，最高可达47.1%。
航天器上的太阳能电池板提供的电力主要有两种用途：1.用于驱动传感器(sensors)、执行加热、制冷以及遥测功能；2.用于电动式航天器的推进动力，有时也被称为电推进(electric propulsion)或太阳能电推进(solar-electric propulsion)。对于这两种用途而言，太阳能电池板有两个关键性能指标：1.特定功率(specific power)=发电量除以太阳能电池板的质量；2.紧凑存储效率(stowed packing efficiency)=展开时产生的瓦特数除以收起时的体积。当然，成本(每瓦特的美元价格)也是一个关键指标。光伏电池的设计使用寿命为15年。
太阳能电池板能够随航天器的移动而转动；无论航天器处于何位置其太阳能电池板都能像向日葵一样始终正对光线的直射。但是，在国际空间站上，也会出于减少轨道阻力的目的而采用非正对的减阻模式(drag-reduction mode)。“展开式太阳能电池阵列(Roll Out Solar Array, 即ROSA)”是目前最新型太阳能电池板，具有柔性和可卷曲的特点，产生的能量比传统刚性太阳能电池板多得多，重量却要轻得多；重量轻了20%，体积仅为相同性能刚性电池板的1/4。
ISS-65展开式太阳能电池阵列正在被Canadarm2机器人臂操作过程中。from Wikipedia
SpaceX 乘员 2 号(SpaceX Crew-2)环飞时拍摄的安装到位的展开式太阳能电池阵列照片。from Wikipedia
“洞察号着陆器(InSight lander)”、“精巧号直升机(Ingenuity helicopter)”、“天问一号轨道器(Tianwen-1 orbiter)”以及“祝融号火星车(Zhurong rover)”目前都在火星上运行，使用的也都是太阳能电池板。
自1967年《外层空间条约》(Outer Space Treaty)禁止在太空使用核武器以来，自1972年起，核能就一直被视为各国需要慎重考虑的一个敏感问题。太空环境中利用核能来产生电力或提供热量的太空核能(nuclear power in space)通常采用的是小型裂变系统(small fission systems)或放射性衰变(radioactive decay)方式。前者用于地球观测卫星(Earth observation satellites)的小型裂变反应堆(nuclear reactor)，如已被发射升空的TOPAZ核反应堆。后者最常见的类型是放射性同位素热电发生器，这种装置已被用于许多太空探测器以及载人月球任务中。
核能系统相较于同等功率的太阳能电池而言，其质量更轻，这使得航天器能够更加紧凑，更易于在太空中定位和操控；使得非常适合用于雷达卫星。对于载人航天飞行而言，能够为生命支持系统(life support system)和推进系统(propulsion system)提供动力的核能可能会降低成本并缩短飞行时间。
可充电的锂离子电池(rechargeable lithium-ion batteries)在轨道的阴影区持续提供电力。国际空间站的锂离子电池被设计为可承受60,000次充放电循环和10年的使用寿命。
在人类太空飞行中，生命支持系统是一组能够让人类在太空中生存的必要设备。美国政府的NASA以及私营航天公司在描述这些系统时会使用“环境控制与生命支持系统(environmental control and life-support system, 即ECLSS)”这一术语。生命支持系统能够提供空气、水和食物。它还必须维持适宜的体温、体内的适当压力，并处理身体的排泄物；还需要抵御有害的外部因素，如辐射和微流星体的影响。生命支持系统的组件至关重要，并且通过安全工程技术进行设计和建造。
阿波罗便携式生命支持系统(Apollo portable life support system)。from Wikipedia
医疗生命支持系统(Medical life-support systems)包括心肺机(heart-lung machines)、医疗呼吸机(medical ventilators)和透析设备(dialysis equipment)。
空间站的空气和水目前都是从地球通过航天器运抵的，然后会进行循环利用(being recycled)。氧气(oxygen)则通过固体燃料氧气发生器(solid fuel oxygen generator)来提供补充。
一名标准身材的航天员在执行太空任务期间，每天大约需要5千克的食物、水和氧气来进行日常活动，同时也会以固体废物、液体废物和二氧化碳(carbon dioxide)的形式产生类似数量的排泄物。这些代谢参数分解如下：消耗0.84千克的氧气、0.62千克的食物和3.54千克的水，通过身体的生理过程转化为0.11千克的固体废物、3.89千克的液体废物和1.00千克的二氧化碳。太空任务中的实际用水量通常是如上数值的两倍，主要是由于如洗澡等非生物用途。此外，生成的废物的体积和种类会随着任务持续时间的增加而变化，如头发、指甲、皮肤脱落物和其他生物废物。
太空生命支持系统会维持至少包含氧气、水蒸气和二氧化碳的气体混合物的空气环境。然而，氧气浓度过高会大幅增加火灾风险，在高氧气浓度环境下，氧气中毒也会成为一种负面因素。因此，大多数现代载人航天器使用常规的氮气(nitrogen)+氧气的空气环境，而在进行舱外活动时，才会使用纯氧。
布鲁斯.麦坎德利斯二世(Bruce McCandless II)在轨道上自由漂浮，身着航天服并使用了“载人机动装置(Manned Maneuvering Unit)”。from Wikipedia
水被宇航员用于饮用、清洁、出舱活动的热控(EVA thermal control)以及应急用。由于在人类太空探索过程中所到达的环境目前没有现成的水源，目前策略是高效储存、使用和回收；即从废水和呼出的水蒸气中获取水。未来的月球基地可能会利用来自极地冰层(polar ices)的水；火星基地可能会利用来自大气层、极地冰冠或冰沉积物(ice deposits)的水。
迄今为止，所有太空任务使用的都是预备的食物。生命支持系统从理论上可以包括一个植物栽培系统，在建筑物或容器内种植食物；还能再生水和氧气。然而，目前还没有这样的系统在太空中实施过。如此系统能重复利用大部分营养物质；如采用堆肥式厕所(composting toilets)将粪便等废物重新整合回系统中，使营养物质能够被农作物吸收。来自农作物的食物随后又被系统使用者再次食用，循环进行。
像亚利桑那州(Arizona)的“生物圈2号(Biosphere 2)”这样的自然型生命支持系统(Natural LSS)，已被测试用于未来太空旅行或殖民。如此系统也称为封闭型生态系统(closed ecological systems)。其优点在于仅使用太阳能作为主要能源，无需后勤支持和燃料供应；由于整合了多种功能，效率最高，对于在太空中长期停留是必不可少的。
微生态生命支持替代系统(Micro-Ecological Life Support System Alternative, 即MELiSSA)是由欧洲航天局主导的一项计划，构想以微生物和高等植物为基础的生态系统，旨在帮助人们了解人造生态系统的运作方式，并为未来长期载人太空任务的再生型生命支持系统(Bioregenerative life support system, 即BLSS)的发展提供技术支持。
基于蓝藻细菌(cyanobacteria)的生命支持系统(CyBLiSS)是由美国、德国以及意大利等多国航天机构的研究人员共同提出的一个概念；利用蓝藻直接将火星上可利用的资源转化为有用的产品，并转化为生物再生型生命支持系统中关键生物基质。其目标是使未来在火星上的人类居住点尽可能地独立于地球，以降低任务成本并提高安全性。尽管是独立开发的，但CyBLiSS会与其他 BLSS 项目如MELiSSA相辅相成，因为它能够将火星上发现的材料与这些系统连接起来，从而使它们在火星上具有可持续性和可扩展性；不再依赖封闭循环，现场发现的新元素也可以被引入系统中。
Vika或TGK是一种用于航天的氧气生成系统(oxygen generating system)，是一种固体燃料氧气发生器，属于化学氧气发生器的一种。它在和平号空间站和国际空间站上被采用；最初由俄罗斯联邦航天局开发出来。一个Vika模块(module)，也称作“蜡烛(candle)”，含约一升高氯酸锂(lithium perchlorate)，能为一人提供24小时的氧气用量。在被用于国际空间站后，它被NASA称为“SFOG”，有时也用俄文缩写形式的“TGK”。
宇航员杰里.林内格尔(Jerry Linenger)在1997年和平号空间站发生火灾后，戴着呼吸防护面罩从Vika氧气生成器造成的火灾那里撤离。from Wikipedia
美国跟踪与数据中继卫星系统(Tracking and Data Relay Satellite System, 即TDRSS)是由一系列被称为跟踪与数据中继卫星(tracking and data relay satellite, 即TDRS)的美国通信卫星以及地面站(ground station)组成的网络，用于NASA的太空通信任务。其主要设计目标是增加航天器与地面之间的通信时间，并提高能够传输的数据量。
截至2019年3月美国跟踪与数据中继卫星(Tracking and Data Relay Satellite, 即TDRS)所在位置。from Wikipedia
一颗未被使用的TDRS卫星在弗吉尼亚州(Virginia)尚蒂伊(Chantilly)的史蒂文.F.乌德瓦-哈齐中心(Steven F. Udvar-Hazy Center)展出。from Wikipedia
关岛(Guam)远程地面终端(Remote Ground Terminal)。from Wikipedia
南极点追踪中继-2号地面站(Tracking Relay-2)。from Wikipedia
星际互联网(interplanetary Internet)是一种设想中的太空计算机网络，由一组能够相互通信的网络节点(network nodes)如行星轨道器(orbiters)和着陆器(landers)，以及地球地面站(Earth ground stations)等组成。轨道器通过靠近火星的通信链路(near-Mars communication links)从火星上的“好奇号(Curiosity)”探测器(rover)收集科学数据，然后通过从火星轨道器到地球地面站的直接链路，借助NASA的深空网络(Deep Space Network)将数据传回地球，最后这些数据再通过地球内部的互联网进行传输。
简化的星际互联网(interplanetary Internet)概览，以火星与地球之间的通信为例。from Wikipedia
数据以光速传播，因此将限制星际互联网中信息传输的速度。由于涉及的距离极其遥远，相比地球上的互联网，可能会产生长得多的延迟时间，如地球到火星(Mars)的几分钟，冥王星(Pluto)到地球的几小时。星际互联网的演变与地球互联网的演变同步进行，其间存在概念上的相互影响，但总体上仍属于独立演变的过程。
用于与空间站对接提供补给的航天器有很多种。1986年3月至7月的联盟(Soyuz)T-15的飞行是迄今为止首次执行补给任务，截至2016年，它也是唯一一艘访问过两个不同空间站，即和平号空间站和礼炮7号空间站，的航天器。美国NASA在1998-2011主要采用的是航天飞机(Space Shuttle)，在2012-2020则首选马斯克(Elon Musk, 1971-)SpaceX公司的龙飞船1号(SpaceX Dragon 1)，但从2020年起则主要采用升级版的龙飞船2号(SpaceX Dragon 2)。中国天宫空间站从2021年起采用的则是神州(Shenzhou)或天舟(Tianzhou)系列火箭。
和平号空间站进行的科学研究包括欧洲航天局首个长期空间研究项目“欧盟-和平95号 (EUROMIR 95)”，持续了179天，包含了35项科学实验。在国际空间站运行的前20年里，开展了约3,000项科学研究实验，涵盖生物科学与生物技术、技术开发、教育活动、人类研究、物理科学以及地球与空间科学等领域。
探险8号任务的指挥官兼科学领导迈克尔.福洛(Michael Foale)正在对微重力科学手套箱(Microgravity Science Glovebox)进行检查。from Wikipedia
欧洲航天局宇航员托马斯.雷蒂(Thomas Reiter)是“STS-116”任务的专家，他在国际空间站“命运实验室(Destiny laboratory)”内与微重力下“实验微生物系统被动观测器(Passive Observatories for Experimental Microbial Systems, 即POEMS)”的国际空间站零下八十度载荷之实验冷冻箱(MELFI)一起工作。from Wikipedia
空间站为测试材料在太空中的性能(performance)、稳定性(stability)和耐久性(survivability)提供了一个实用的平台。这项研究是在之前的实验基础上进行的，之前的实验有“长期暴露设施(Long Duration Exposure Facility)”实验(一个能够自由飞行的实验平台，从1984年4月运行至1990年1月)、“和平号环境效应有效载荷(Mir Environmental Effects Payload, 1996-1997)”实验和“国际空间站材料实验(Materials International Space Station Experiment, 2001至今)”等。
在近地轨道中最为常见的原子物质——原子氧(atomic oxygen)，与塑料和某些金属发生高度反应，导致严重的侵蚀。此外，由于缺乏大气层的过滤作用，还会产生极端紫外辐射(extreme ultraviolet radiation)；会使许多塑料和涂层(coatings)老化变暗。太空中的真空状态还会改变许多材料的物理特性。流星体(meteoroids)的撞击以及轨道上的人造碎片残骸(debris)可能会损坏所有暴露在太空中的材料。
NASA的衍生技术(technology spinoffs)是通过与NASA合作研发而产生的商业产品和服务，有关可能对工业界有用的新的NASA技术的信息以期刊和网站的形式发布在《NASA技术简报》(NASA Tech Briefs)上，而每年都会以书面形式的《NASA衍生技术年报》(NASA publication Spinoffs)报道成功的商业化案例。自1976年以来，NASA的技术转移计划将NASA的资源与私营企业相连接，并将这些商业产品称为“衍生产品(spin-offs)”。NASA自称的衍生产品中颇有名气的有记忆泡沫(memory foam)、冻干食品(freeze-dried food)、消防设备、“应急太空毯(emergency space blankets)”、无绳吸尘器(cordless DustBuster)、人工耳蜗(cochlear implants)、LZR竞速泳衣(LZR Racer swimsuits)和CMOS图像传感器(CMOS image sensors)等。截至2016年，NASA已公布了超过2,000种在计算机技术、环境与农业、健康与医学、公共安全、交通、娱乐以及工业生产力(industrial productivity)等领域中的衍生产品。
《1998年NASA衍生技术年报》(NASA. Spinoff 1998)封面。from Wikipedia
《2007年NASA衍生技术年报》(NASA. Spinoff 2007)封面。from Wikipedia
记忆泡沫(memory foam)最初指“缓慢回弹泡沫(slow spring-back foam)”，TEMPUR泡沫会根据所受压力进行变形，并在压力解除后缓慢恢复到原始形态。from Wikipedia
水安全公司(Water Security Corporation)的产品“发现牌水过滤系统(Discovery Water Filtration System)”能够将呼气、汗液和尿液等代谢后废水以及遭严重污染的水转化为可饮用的水。from Wikipedia
2025年10月22日星期三
于成都