Stacja orbitalna, stacja kosmiczna – sztuczny satelita Ziemi zaprojektowany w taki sposób, aby ludzie mogli w nim mieszkać przez wiele tygodni czy miesięcy. Po raz pierwszy koncepcja "stacji międzyplanetarnej" została zaproponowana przez rosyjskiego uczonego Konstantego Ciołkowskiego^[1].

W odróżnieniu od innych statków kosmicznych stacja orbitalna nie posiada systemu napędowego pozwalającego na wykonywanie dużych manewrów w kosmosie (posiadać może jedynie silniki umożliwiające autonomiczne podnoszenie wysokości orbity ciągle zmniejszającej się wskutek niezerowego oporu aerodynamicznego szczątkowej atmosfery ziemskiej, czy też umożliwiające zmianę orientacji przestrzennej) oraz systemów pozwalających na lądowanie. Lądownik jest zazwyczaj oddzielnym modułem stacji kosmicznej albo są nimi cumujące do stacji statki kosmiczne.

Historia

W 1869 roku amerykański pisarz Edward Everett Hale napisał powieść „Ceglany księżyc” („The Brick Moon”), w której zawarł pierwszy w literaturze opis stacji kosmicznej, krążącej wokół Ziemi. Była to kula o promieniu 60 m, zbudowana z termicznie odpornych cegieł, umieszczona na orbicie o promieniu 6400 km za pomocą olbrzymich kół zamachowych.

W następnym stuleciu urodzony w Rumunii niemiecki fizyk Hermann Oberth, jeden z ojców założycieli techniki rakietowej i astronautyki, wymyślił pojęcie „stacja kosmiczna”, opisując krążące wokół Ziemi platformy. Po II wojnie światowej Werner von Braun przedstawił wiarygodny opis takiej stacji, zamieszkałej przez ludzi. Jego pomysł, opisany w w popularnym magazynie „Collier's”, polegał na wykorzystaniu okrągłych modułów, połączonych w coś podobnego do koła, co miało wirować, by symulować grawitację. Obydwaj wizjonerzy jeszcze żyli, kiedy dwa kraje wysłały w przestrzeń stacje kosmiczne, które zaczęły wydajnie funkcjonować, krążąc wokół Ziemi^[2].

Koncepcja olbrzymiej, podobnej do koła stacji kosmicznej niewątpliwie została spopularyzowana przez film Stanleya Kubricka 2001:Odyseja kosmiczna. W rzeczywistości pierwsze stacje kosmiczne były niezgrabnymi, ale wysoce funkcjonalnymi laboratoriami, wypełnionymi od podłogi po sufit modułami badawczymi, urządzeniami i przyrządami obserwacyjnymi. Bardzo poszerzyły naszą wiedzę w zakresie medycyny, meteorologii, astronomii i innych nauk przyrodniczych^[2].

Wykorzystanie stacji orbitalnych

Stacje kosmiczne są obecnie wykorzystywane do badań nad fizjologicznymi efektami długotrwałego przebywania ludzi w przestrzeni kosmicznej, a także do prowadzenia szeregu badań i eksperymentów naukowych. Rekord czasu przebywania na pokładzie stacji kosmicznej ustanowił Walerij Polakow, przebywający w latach 1994-1995 437,7 dni na pokładzie stacji Mir. 3 innych kosmonautów również przebywało na pokładzie Mira ponad rok bez przerwy. Aż do lat 90. praktyczny monopol na konstrukcję stacji kosmicznych mieli Rosjanie. Jedynym amerykańskim projektem, który wszedł do użycia była stacja Skylab, skonstruowana z użyciem pojazdów i technologii opracowanych na rzecz programu Apollo. Rosjanie tymczasem opracowali całą serię stacji Salut, i – stanowiącą duży krok naprzód – modularną stację Mir.

Amerykanie wyprodukowali drugą stację Skylab, ochrzczoną Skylab B. Ze względu na wysokie koszty wyniesienia na orbitę stacji i zaopatrzenia, a także niechęć NASA do kontynuowania lotów rakiet Saturn i kapsuł Apollo w obliczu zbliżającego się wprowadzenia do służby promów kosmicznych, nigdy jej nie wykorzystano. Jej kadłub znajduje się obecnie w National Air and Space Museum w Waszyngtonie. Nie wykorzystano także kilku wyprodukowanych stacji Salut.

Po kontrolowanym sprowadzeniu z orbity stacji Mir w 2001 r., Międzynarodowa Stacja Kosmiczna stała się jedyną pozostającą obecnie na orbicie stacją kosmiczną.

Międzynarodowa Stacja Kosmiczna ISS powstała jako pochodna programu stacji kosmicznej Freedom, opracowywanej przez dziesięć lat i ostatecznie porzuconej. Składa się częściowo z elementów przygotowywanego w Rosji następcy stacji Mir, czyli Mir-2, która również nigdy nie powstała. Na orbitę nie poleciały nigdy także inne projektowane stacje kosmiczne, m.in. Manned Orbiting Laboratory opracowywana przez USAF, porzucona w roku 1969, na około rok przed pierwszym startem. Był to jeden z nielicznych projektów stricte wojskowej stacji kosmicznej – radziecki wojskowy projekt Ałmaz ukrywany był jako część programu Salut.

Firma Bigelow Aerospace ogłosiła rozpoczęcie prac nad pierwszą komercyjną stacją kosmiczną, zbudowaną z nadmuchiwanych modułów mieszkalnych, opracowanych na podstawie wcześniejszych, porzuconych przez NASA projektów modułów mieszkalnych Transhab. W związku z planowaną budową stacji, w 2004 firma ogłosiła wzorowany na X-Prize konkurs America's Space Prize, oferując kwotę 50 milionów dolarów firmie, która jako pierwsza skonstruuje zdolny do lotów orbitalnych pojazd wielokrotnego użytku, który będzie w stanie przewozić pasażerów na planowaną stację. Konkurs zakończył się w 2010, a nagrody nie przyznano. Do tej pory Bigelow Aerospace umieściła na orbicie bezzałogowe testowe moduły Genesis I i Genesis II, a start pierwszego, znacznie większego modułu załogowego BA 330 zaplanowano na 2017 r.

Załogowe stacje orbitalne

• Salut (1-7) – seria radzieckich stacji orbitalnych (1971-1991), nieistniejąca już
• Skylab (14 maja 1973 - 11 lipca 1979) – amerykańska, nieistniejąca już
• Mir (20 lutego 1986 - 23 marca 2001) – rosyjska, nieistniejąca już
• Międzynarodowa Stacja Kosmiczna (od 20 listopada 1998)
• Tiangong 1 (od 29 września 2011) - chińska, odwiedzona przez dwie załogi
• Tiangong 2 (od 15 września 2016) - chińska

Typy stacji kosmicznych

Dotychczas wykorzystywane stacje kosmiczne dzielą się zasadniczo na dwie kategorie. Stacje wczesne, Salut i Skylab, były konstruowane i wystrzeliwane w całości. Wszystkie konieczne do ich funkcjonowania urządzenia i zapasy znajdowały się na pokładzie w momencie wystrzelenia, i po ich wyczerpaniu lub zużyciu stacje uważano za wykorzystane i porzucano.

Zmiana nastąpiła w misjach Salut 6 i 7 – oba pojazdy wyposażono w porty do dokowania, pozwalające na odwiedzenie stacji przez drugą załogę w nowym pojeździe (ze względów technicznych, kapsuła Sojuz nie może spędzić na orbicie więcej niż kilka miesięcy, nawet w stanie hibernacji, bez znacznej utraty bezpieczeństwa). Dzięki temu można było stale utrzymywać załogę na stacji. Obecność drugiego portu oznaczała, że do stacji cumować mogły także automatyczne pojazdy zaopatrzeniowe Progress, dostarczające załodze zapasy. Stacja Salut 7 pozwoliła na dalsze rozwinięcie koncepcji wykorzystania modułów do konstrukcji stacji kosmicznych – przed opuszczeniem stacji przyłączono do niej na stałe moduł TKS. Późne stacje Salut stanowią więc pomost między dwiema koncepcjami konstrukcji stacji kosmicznych.

Druga grupa stacji, reprezentowana przez Mir i ISS, opiera się na konstrukcji modularnej. Na orbicie umieszczany jest moduł centralny, stanowiący rdzeń stacji, do którego następnie dodaje się kolejne moduły, najczęściej posiadające własne, konkretne przeznaczenie. Ta metoda konstrukcji stacji pozwala na większą elastyczność i pozwala na wykorzystanie mniejszych – i tańszych rakiet nośnych. Zaopatrzenie takich stacji dostarczane jest przez regularne loty pojazdów transportowych, co pozwala przedłużać czas funkcjonowania stacji, choć wymaga dość kosztownych startów.

Statystyki załogowych stacji kosmicznych

** Statystyki Międzynarodowej Stacji Kosmicznej na 5 marca 2016.

Zobacz też