محطة الفضاء الدولية

محطة الفضاء الدولية منشأة مدارية معيارية في المدار الأرضي المنخفض، وأكبر برنامج تعاون دولي في العلوم والتقنية حتى تاريخه.¹ انطلق تجميعها في المدار عام 1998 بمشاركة الولايات المتحدة وروسيا وكندا واليابان ودول وكالة الفضاء الأوروبية، وهي من أعقد التعاونات الدولية التي جرى خوضها على الإطلاق.² وهي مأهولة بالروّاد ورجال الفضاء الروس منذ 2 نوفمبر 2000 دون انقطاع.³

وتكمن قيمتها العلمية في أنها مختبر جاذبية صغرى له أثر بعيد المدى في طيف واسع من المجالات: من الأحياء والفيزياء إلى علوم المواد وصحة الإنسان.⁸ وقد وسّع تصنيفها مختبرًا وطنيًا أميركيًا عام 2005 دائرة المستخدمين، ففتح البحث التجريبي أمام جهات تجارية وأكاديمية وحكومية.² وبذلك تجمع المحطة بين وظيفتين في وقت واحد: منصة علم دائمة، وميدان اختبار للتقنيات التي تحتاجها الرحلات المأهولة الطويلة.⁸ وقد صُممت المحطة بين عامَي 1984 و1993، وبدأ تصنيع عناصرها في الولايات المتحدة وكندا واليابان وأوروبا في أواخر الثمانينيات.²

لا تحلّق المحطة في سماء الأرض كما تفعل الطائرات، بل هي في سقوط حرّ مستمر حول الكوكب، ولذلك لا تتجاوز الجاذبية على متنها نحو المليون من جاذبية سطح الأرض.⁹ وهي تدور على ارتفاع نحو 400 كلم وبسرعة 28,800 كلم/س، وتكمل دورة كاملة حول الأرض في 92 دقيقة، فيعيش طاقمها 16 شروقًا و16 غروبًا في اليوم.¹⁰ ويميل مدارها 51.6 درجة، فلا يتجاوز أقصى امتداد لها شمالًا وجنوبًا خط عرض 51.6 درجة، وهذا يعني أنها لا تمر عموديًا فوق المواقع الأعلى من ذلك.⁶ ومن الأرض يبدو مسارها متجهًا من الغرب إلى الشرق، لكن دوران الأرض يزيح موقعها 2,200 كلم نحو الغرب في كل دورة.¹⁰

أما آلة المحطة فتقوم على ثمانية ألواح شمسية تولّد من 75 إلى 90 كيلوواط، وتُعزّزها اليوم مصفوفات «آي-روزا» الجديدة إلى جانب الألواح الأساسية.⁴ ويبلغ امتداد الأجنحة الشمسية 356 قدمًا (109 أمتار)، وهو أطول من أكبر طائرة ركاب في العالم.⁴ وتشتمل الأنظمة على ثمانية أميال من الأسلاك، فيما تراقب برمجيات التشغيل نحو 350,000 مستشعر.⁴ وتدور المياه في المحطة في حلقة شبه مغلقة: فقد خفّض نظام استرجاع المياه اعتماد الطاقم على المياه المنقولة عبر مركبات الشحن بنسبة 65 بالمئة، من نحو غالون يوميًا إلى ثلث غالون.⁴ وتُجلب بقية الإمدادات — الأوكسجين والطعام — عبر رحلات منتظمة تبدّل الطاقم الدائم وتستبدل «قارب النجاة» الملتحم كل نحو ستة أشهر.¹

لم يكن ممكنًا بناء المحطة على الأرض ثم إطلاقها دفعة واحدة؛ فلا يوجد صاروخ بهذا الحجم أو القوة، ولذلك رُفعت إلى الفضاء قطعةً قطعة وجُمّعت في المدار على ارتفاع نحو 400 كلم.¹ وامتداد هذا الهيكل ضخم: الجسر الهيكلي 310 أقدام (94 مترًا)، والألواح الشمسية 356 قدمًا (109 أمتار)، والوحدات المضغوطة 218 قدمًا (67 مترًا).⁴ وشاركت في التركيب أنشطة السير في الفضاء إلى جانب الأذرع الروبوتية التي حرّكت الوحدات كاملة ووصلت بعضها ببعض ونشرت التجارب العلمية.⁴

ولا يزال الهيكل ينمو بتعديلات متأخرة: فقد أُضيفت مصفوفات «آي-روزا» إلى الجانب الشمسي، وبقيت وحدة الالتحام «بريتشال» أحدث وحدة رُكّبت.⁴ وتتميز «كيبو» بمنصة مكشوفة تتيح تجارب في الفضاء المفتوح لم توفرها مختبرات أي بلد آخر.¹² ووحدتها المضغوطة بطول 11.2 متر وقطر 4.4 متر، ويُحفظ ضغط الهواء داخلها عند جو واحد.⁹

من الداخل تتسع المحطة لأكثر من منزل بست غرف نوم: فيها ست غرف نوم وحمامان وصالة رياضية ونافذة قبة تمنح رؤية بزاوية 360 درجة.⁴ ويبلغ الحجم الصالح للسكن 13,696 قدمًا مكعبة (388 م3)، فيما يصل الحجم المضغوط إلى 35,491 قدمًا مكعبة (1,005 م3).⁴ وتمتد المحطة من طرف إلى طرف 356 قدمًا (109 أمتار)، أي ما ينقص عن طول ملعب كرة قدم أميركية بمنطقتَي النهاية بمقدار يارد واحد.⁴

تدفع الجاذبية الصغرى جسم الإنسان إلى فقدان كتلة العضلات والعظام، لذلك يتدرب أفراد الطاقم ساعتين على الأقل يوميًا.⁴ ويجدون في المحطة جهاز مشي كهربائيًا ودراجة ثابتة وجهاز تمارين مقاومة.¹³ وحتى مع ذلك تنخفض عضلات الساق نحو 13 بالمئة بعد ستة أشهر في المدار، مع ضمور أكبر في العضلة النعلية مقارنة بالعضلة التوأمية.¹³ وتنخفض القدرة القصوى لعضلات الساق بعد الطيران بنسبة 32 بالمئة.¹³

ولا تتوقف الحياة في المحطة على ما هو داخلها: فأسطول من أربع مركبات شحن — سيغنوس ودراغون وإتش تي في وبروغرس — ينقل العلم والحمولة والإمدادات باستمرار.⁴ وقد بلغت الحركة كثافة تسمح بأن تلتحم بالمحطة ثماني مركبات في وقت واحد.⁴ وعلى مقياس الرحلة اليومية، تكمل المحطة 16 دورة حول الأرض، أي مسافة تقارب رحلة ذهاب وعودة إلى القمر.⁵

على مدى أكثر من عقدين راكمت المحطة سجلًا بحثيًا واسعًا: حتى البعثة 60 استضافت نحو 3,000 تحقيق علمي لباحثين من أكثر من 108 دول.⁴ وقد اختُبر في المدار جهاز تسلسل حمض نووي محمول وقورن أداؤه بمنصات أرضية مرجعية.¹⁴ وإلى جانب المختبرات المضغوطة، تتيح منصات مكشوفة إجراء تجارب في الفضاء المفتوح، مع إمكان تشغيل أكثر من 20 حمولة خارجية في وقت واحد.⁴ وفي مقدمة أدواتها العلمية يقف مطياف ألفا المغناطيسي، الذي أنجز قياسًا دقيقًا لنسبة البوزيترونات في الأشعة الكونية الأولية في نطاق طاقة يمتد من 0.5 إلى 350 غيغاإلكترون فولت اعتمادًا على 6.8 مليون حدث.¹⁵ ولم يُظهر طيف نسبة البوزيترونات أي بنية دقيقة أو تباين اتجاهي، وهي سمات تشير مجتمعة إلى وجود ظواهر فيزيائية جديدة.¹⁵

ويتولى المختبر الوطني للمحطة — بإدارة شركة «كاسيس» — جميع الأبحاث والتحقيقات غير التابعة لناسا، توسيعًا لفرص البحث على هذه المنصة الفريدة.⁸ وفي مسح بيئي استمر ست سنوات جُمعت أكثر من 500 عينة لتوصيف تلوث الهواء والأسطح داخل المحطة، ولم يكشف التحليل الجزيئي أي مسبب مرضي حي رغم العثور على آثار حمض نووي تعود إلى مسببات مختلفة.¹⁶ وأثبتت التجارب أن التحليل شبه الفوري للتسلسل على حاسوب محمول ممكن في المدار، ما يفتح أمام تسلسل الحمض النووي تطبيقات في تشخيص الأمراض والرصد البيئي.¹⁴ وثمة بصمة كندية في هذا السجل: فقد أُجري على متن المحطة أكثر من 24 دراسة كندية، بعضها ما زال مستمرًا.⁵

تدير المحطة شراكة دولية من خمس وكالات فضائية تمثل خمس عشرة دولة.⁴ والشركاء الرئيسيون هم وكالات الفضاء في الولايات المتحدة وروسيا وأوروبا واليابان وكندا، ولكل منهم بصمته في البنية والتشغيل.² وكانت كندا أحد الشركاء إلى جانب الولايات المتحدة وروسيا وأوروبا واليابان.⁵

وللمحطة قصة سياسية سبقت هندستها: بدأ المشروع في الثمانينيات مبادرة أميركية باسم «فريدم» أقرها الرئيس رونالد ريغان.³ ثم أُعيد تصميمه في التسعينيات لخفض الكلفة وتوسيع المشاركة الدولية، وتغيّر اسمه في تلك المرحلة.³ وفي عام 1993 اتفقت الولايات المتحدة وروسيا على دمج خطط المحطة المنفصلة لديهما في منشأة واحدة تجمع وحدات كل طرف وتضم إسهامات إيسا واليابان.³ وقد بلغت الكلفة المقدرة للتطوير والتجميع وعشر سنوات من التشغيل نحو 100 مليار يورو، تتقاسمها الولايات المتحدة وروسيا وكندا واليابان وعشر دول أوروبية.¹⁷ والدول الأوروبية العشر المشاركة هي بلجيكا والدانمارك وفرنسا وألمانيا وإيطاليا وهولندا والنرويج وإسبانيا والسويد وسويسرا.¹⁷ وينخفض نصيب الفرد من هذه الكلفة إذا وُزّعت على قرابة ثلاثين عامًا: فالحصة الأوروبية — نحو ثمانية مليارات يورو — تعادل يورو واحدًا سنويًا عن كل أوروبي.¹⁷

بدأ التجميع بإطلاق وحدة التحكم الروسية زاريا في 20 نوفمبر 1998، ثم أعقبتها وحدة الربط الأميركية «يونيتي» في الشهر التالي، والتحمتا في المدار على أيدي روّاد المكوك.³ وفي منتصف 2000 أُضيفت «زفيزدا» — وحدة سكن ومركز تحكم — ثم استقبلت المحطة في 2 نوفمبر من العام نفسه أول طاقم مقيم: الروسيان سيرغي كريكاليف ويوري غيدزينكو والأميركي ويليام شبرد، الذين وصلوا على متن سويوز.³ ورافق البناء التزام دائم بوجود مخرج طوارئ: فقد بقيت كبسولة سويوز ملتحمة بالمحطة في جميع الأوقات بوصفها «قارب نجاة».³

وفي أبريل 2001 انطلق الذراع الكندي كانادارم-2 على متن مكوك إنديفور، وثبّته بالمحطة بعد ثلاثة أيام كل من كريس هادفيلد وسكوت بارازينسكي.¹¹ وفي العام نفسه بدأ التحام المختبر الأميركي «ديستني» وبقية العناصر تدريجيًا، فنمت المحطة مجمّعًا من المختبرات والوحدات السكنية على امتداد جسر هيكلي يحمل الألواح الشمسية والمشعات.³ ثم جاء فبراير 2003 وتحطم مكوك كولومبيا، فأُوقف أسطول المكوكات عن الطيران وتوقف توسّع المحطة.³ وقُلّص الطاقم من ثلاثة إلى اثنين واقتصر دوره أساسًا على وضع الصيانة المؤقتة، ما حدّ من حجم العلم الممكن إنجازه.³

وبعد العودة إلى الطيران عام 2006 استُؤنف التوسع: فثُبّتت عقدة «هارموني» في نهاية ديستني في أكتوبر 2007 بمنافذ ربط لمختبرَين قادمَين.³ وفي فبراير 2008 ثُبّت مختبر «كولومبوس» الأوروبي على الجانب الأيمن من هارموني، ليكون أول مختبر فضائي أوروبي مأهول لرحلات طويلة.³ وفي مارس 2008 وصل الروبوت الكندي «ديكستر» مع أول أجزاء «كيبو» الياباني.³ وبدخول طواقم من ستة أفراد في مايو 2009 صارت المحطة في طور التشغيل الكامل، ما استلزم بقاء كبسولتَي سويوز ملتصقتين بها دائمًا.³ ثم رُكّبت عقدة «ترانكيليتي» والقبة كثيرة النوافذ عام 2010.³ وقد نُقلت الوحدات الكبيرة وبقية قطع المحطة عبر 42 رحلة تجميع: 37 على مكوكات الفضاء الأميركية وخمس على صواريخ بروتون/سويوز الروسية.⁴ وبعد اكتمال المحطة أُحيل مكوك الفضاء على التقاعد عام 2011.³

أنشطة السير خارج المركبة هي الوسيلة التي وُلد بها هذا البناء الضخم واستمر: فبها رُكّبت الوحدات والألواح وتبدّلت المعدات على مدى العقود.² وكان لكانادارم-2 دور موازٍ محوري: فهو يحرّك الوحدات كاملة وينشر التجارب العلمية، بل نقل روّادًا أثناء سيرهم في الفضاء.⁴ ويبلغ طول الذراع سبعة عشر مترًا وكتلته 1,497 كغم، وتجعل درجاته الحركية السبع ذراعه شبيهة بذراع الإنسان.¹¹ وصُنعت في برامبتون بأونتاريو لدى شركة ماكدونالد ديتوايلر أند أسوشيتس.¹¹ وللكنديين فخر مضاعف بها: فمنذ 2013 زيّن كانادارم-2 وديكستر ورقة الخمسة دولارات الكندية.¹¹

من يصل إلى المحطة اليوم يصل بوسائل لم تكن متاحة في مطلع الألفية: فخلال سنوات البناء كانت كبسولة سويوز تنقل الناس من وإلى المحطة، وظلّت ملتحمة بها في جميع الأوقات بوصفها قارب نجاة.³ وفي 2020 نفّذت كبسولة «كرو دراغون» الأميركية أول رحلة لها إلى المحطة، وبعد أن نقلت أربعة روّاد أصبحت المحطة تستوعب طاقمًا من سبعة.³ ورسمت كبسولة «ستارلاينر» من بوينغ صورة مختلفة في 5 يونيو 2024: نفّذت أول رحلة اختبارية مأهولة، لكن خمسًا من دافعاتها تعطلت واكتُشفت تسربات هيليوم في نظام دفعها خلال الرحلة.³

ويمكن أن تلتحم بالمحطة ثماني مركبات فضائية في وقت واحد.⁴ ولم تعد الرحلة إلى المحطة تستغرق أيامًا: فمركبة يمكنها الوصول بعد أربع ساعات فقط من إطلاقها من الأرض.⁴ وإلى جانب ذلك، أطلقت إيسا وجاكسا وروسكوسموس ونورثروب غرومان وسبيس إكس مركبات شحن خاصة بها، فيما أطلقت ناسا وروسكوسموس وسبيس إكس وبوينغ مركبات مأهولة.²

زار المحطة أكثر من 280 شخصًا من 26 دولة ومن خمس وكالات دولية شريكة.² وعلى مدى ربع قرن من التشغيل استضافت نحو 300 رائد فضاء من مختلف أنحاء العالم.² وتستمر إقامة الطواقم عادةً نحو ستة أشهر قبل أن تُبدّل.³

وسجّلت المحطة إقامات طويلة حطّمت أرقامًا: ففي مهمة «عام في الفضاء» أمضى الروسي ميخائيل كورنينكو والأميركي سكوت كيلي 340 يومًا في المدار من مارس 2015 إلى مارس 2016.³ وفي 2017 مدّدت الأميركية بيغي ويتسون مهمتها إلى 289 يومًا، وهو آنذاك أطول تحليق منفرد لامرأة، وبلغ رصيدها الكلي أكثر من 675 يومًا في الفضاء، وهو رقم قياسي أميركي ونسائي.³ ثم تجاوزت مواطنتها كريستينا كوخ رقم ويتسون بإقامة 328 يومًا من مارس 2019 إلى فبراير 2020، نفّذت خلالها مع جيسيكا ماير أول سير في الفضاء نسائي بالكامل.³ أما أطول تحليق أميركي فسجّله مارك فاندي هاي رفقة الروسي بيوتر دوبروف بإقامة 355 يومًا من أبريل 2021 إلى مارس 2022.³

ولم يقتصر الأمر على طواقم الوكالات: فقد دفع ثمانية أشخاص آخرون ثمن مقاعد على رحلات سويوز إلى المحطة بين 2002 و2021.³ ومنذ 2022 استأجرت شركة «أكسيوم سبيس» الأميركية رحلات على «كرو دراغون» إلى المحطة.³ وتروي أرقام الوكالات قصة موازية: فقد أكمل سبعة روّاد من وكالة الفضاء الكندية تسع مهام على متن المحطة.⁵ وأنتجت اليابان أكثر من عشرة روّاد فضاء، ولدى وكالة جاكسا ستة روّاد على قائمة العمل.¹²

يمكن رؤية محطة الفضاء الدولية بالعين المجردة من الأرض بالنظر إلى السماء في الوقت المناسب.¹⁰ فتبدو للمشاهد مثل طائرة أو نجم شديد السطوع يعبر السماء، من دون أضواء وامضة أو تغيير اتجاه، وهي أسرع كثيرًا من الطائرات العادية.⁶ وتحدث كل المشاهدات في ساعات قليلة قبل شروق الشمس أو بعد غروبها، وهي أفضل فترة لأن ضوء الشمس ينعكس عن المحطة مقابل سماء أكثر قتامة.⁶

ولأن مدار المحطة مائل 51.6 درجة، فإن أقصى امتداد لمسارها شمالًا وجنوبًا هو خط عرض 51.6 درجة؛ وفي المواقع الأعلى من ذلك لا تمر المحطة مباشرة فوق الرؤوس.⁶ ويوفر برنامج «سبوت ذي ستيشن» التابع لناسا توقعات المرور فوق المواقع المختلفة.⁶ ويشيع هذا المشهد أكثر مما يُتوقع: فالمحطة تمر فوق 90 بالمئة من سكان الأرض.⁶

لم يعرف البرنامج نهاية محددة بعد، لكن الأفق الحالي واضح: فقد أشارت إدارة الرئيس جو بايدن عام 2021 إلى دعم أميركي حتى 2030، وتعهدت إيسا واليابان وكندا بدعم مماثل.³ أما روسيا فأعلنت دعمها للمحطة حتى 2028 ثم بدء العمل على محطتها المدارية الخاصة.³ وقد شكّل الثاني من نوفمبر 2025 محطة على هذا الطريق: 25 عامًا من الحضور البشري المتواصل.² وفي عقدها الثالث تواصل المحطة عملها كمختبر جاذبية صغرى واسع الأثر يستضيف تحقيقات وعروضًا تقنية في مجالات متعددة.⁸