在阿波罗宇航员登陆月球一个世纪之前，科幻小说就向公众描绘了未来在月球建立前哨站以及在地球轨道上运行的景象。在随后的几十年里，这些最早的空间站概念演变成了能够发射载人登月和火星任务的轨道平台。在构思之后，NASA接过了先驱者的衣钵，尝试了各种布局和能力的空间站，最终建造了今天绕地球运行的国际空间站。
科幻小说中的最早概念
1869年10月至1870年2月期间，爱德华·埃弗里特·黑尔的科幻故事《砖块月球》（The Brick Moon）将“离开地球生活”的想法介绍给了《大西洋月刊》的读者。黑尔的故事讲述了一个直径200英尺的砖块球体，设计目的是作为船舶的导航辅助设备绕地球运行。但这个砖块月球却意外地载着人进入了轨道。黑尔随后创作了续集《砖块月球上的生活》（Life in the Brick Moon），其中角色们找到了在新家园生存的方法。他们不仅居住在人造卫星上，还与地球通信，将砖块月球变成了一个通信卫星。
“空间站”一词是在五十多年后由罗马尼亚火箭先驱赫尔曼·奥伯特（Hermann Oberth）创造的。他在1923年写道，他设想了一个绕地球运行的平台，作为登月和火星任务的出发点。奥地利的赫尔曼·诺丁（Herman Noordung）也分享了他的想法，他在1928年发布了一个轨道前哨站的蓝图，该前哨站由多个具有独特功能的模块组成。
奥伯特和诺丁都设想他们的空间站将由巨大的火箭发射，而在海洋的另一边，美国工程师罗伯特·戈达德（Robert Goddard）在开发这些火箭方面取得了重大进展。戈达德是首批成功试验液体推进技术的人之一，他利用了比当时普遍使用的黑火药火箭强大得多的反应。他并非唯一这样做的人。在德国，一个名为“宇宙飞船协会”（Verein für Raumschiffahrt）的业余火箭组织在液体燃料火箭方面也取得了适度的成功。1932年，VfR的成员之一沃纳·冯·布劳恩（Wernher von Braun）被德国陆军选中继续他的工作，为军队开发液体火箭。
第二次世界大战之前和期间，德国政府提供的军事资金使火箭技术走向成熟，到战争结束时，冯·布劳恩的团队已经拥有了V-2火箭。美国和苏联的科学家都获得了这项技术，但大部分剩余设备和关键团队成员于1945年迁往美国，包括冯·布劳恩，他很快就在自己的简历中加入了“太空飞行普及者”的头衔。
通过与《科利尔》杂志（Collier’s Magazine）和华特·迪士尼（Walt Disney）在《明日世界》（Tomorrowland）电视系列节目中的合作，冯·布劳恩向公众展示了他对轮形空间站的设想。这个轨道平台将是一个地球观测站、一个微重力实验室，以及一个天文台。它也将是登月和火星任务的出发点，成为人类探索内太阳系的关键组成部分。
新太空机构的空间站
这些未来的空间站概念在1958年开始逐渐走向现实。NASA成立是为了管理所有太空飞行计划，其首要目标是在苏联发射宇航员之前将一名宇航员送入太空。在设想首次载人航天任务的同时，NASA在1959年已经将其第二个计划考虑为一个空间站，该空间站将帮助该机构学习在太空生活和工作，然后作为载人登月任务的跳板。但尤里·加加林（Yuri Gagarin）比美国宇航员更早进入轨道，这打乱了NASA的长期计划。约翰·肯尼迪总统考虑了美国在太空领域的所有可能的下一步行动，并认为登月任务将比空间站更能展示技术优势。
在整个20世纪60年代，NASA的重点都放在登月目标上，但空间站从未真正被搁置。受到阿波罗计划高额资金和日益增长的公众对太空飞行的兴趣的推动，一个轨道前哨站再次被认真考虑，作为NASA在阿波罗计划之后的第一个主要项目。四年后，它正式被列入计划。
1969年，NASA提出了一个可容纳100人的空间站，名为“太空基地”（Space Base）。该计划旨在建造一个平台，作为科学和行业赞助的微重力实验的实验室，以及作为核动力太空拖船的母港，用于将宇航员运送到月球前哨站和返回。原定于1975年完成轨道组装，但NASA很快意识到，使用一次性火箭（如发射阿波罗登月的土星系列火箭）来建造和供应“太空基地”的成本将超过空间站的建造成本。该项目不至于亏损的唯一方法是使用可重复使用的飞行器来建造和供应它，一种类似航天飞机的飞行器，在多次任务中为“太空基地”运送补给和宇航员。这最终发展成为“航天运输系统”（Space Transportation System），俗称“航天飞机”。
但航天飞机尚在未来。目前，NASA有来自三个被取消的月球任务的剩余阿波罗硬件，并决定将其改造成一个短期空间站计划，名为“天空实验室”（Skylab）。空间站本身由一个改装的S-IVB上面级构成，并于1973年5月搭乘最后一次土星五号火箭发射。在接下来的几年里，“天空实验室”接待了三批乘员，最终证明了人类不仅可以在太空中生活和工作，而且还可以在大规模的轨道建造工作中发挥重要作用。第一批“天空实验室”乘员进行了紧急太空行走，成功地释放了一个卡住的太阳能电池板，从而有效地挽救了空间站。
“天空实验室”从未被设计成一个长期的空间站；它没有被设计成可以补给、加油或提升到更高轨道。1974年2月最后一批乘员离开后，空间站被废弃，其轨道也自然衰减。NASA曾短暂考虑使用航天飞机轨道器将其提升到更高轨道并重新访问该空间站，但由于太阳活动增加导致地球大气层膨胀，其外层对空间站的拖曳比预期更大。NASA无法及时准备好航天飞机。“天空实验室”于1979年7月在澳大利亚西部上空再入地球大气层。
真正空间站的开端
随着“天空实验室”计划的展开，NASA继续推进可重复使用的航天飞机，这将有助于建造和维护一个持久的空间站。但该机构最初设想的项目对于其缩减的阿波罗后期预算来说过于雄心勃勃。20世纪70年代初的经济、政治、社会和文化环境不利于开展与阿波罗计划同等规模的另一项计划。该机构被迫在轨道前哨站和建造它的飞行器之间做出选择。后者胜出，空间站被搁置，同时NASA开发了其航天飞机。
随着空间站的未来变得不确定，NASA开始探索与国际伙伴合作以分摊成本的可能性。1973年，美国和欧洲正式建立伙伴关系，欧洲空间局将向NASA提供名为“空间实验室”（Spacelabs）的小型实验舱模块。这些小型单元设计用于在航天飞机的巨大载货舱内发射，并在轨道上提供长达三周的实验设施，这是后来空间站概念的验证。第一个“空间实验室”于1983年作为STS-9任务的有效载荷进入轨道。
从梦想走向现实
在1984年1月25日的国情咨文演讲中，罗纳德·里根总统呼吁NASA与国际伙伴合作，在十年内建造一个空间站。这是空间站计划迫切需要的政治支持。在国会支持和正式总统授权下，该机构于4月建立了空间站计划办公室，并在当年秋季向行业领导者发出了提案请求。两年后，日本和欧洲签署协议，提供模块，加拿大同意提供一个机械臂。空间站的设计正逐渐成型，采用双龙骨设计，中央桁架用于容纳主要的居住和工作区域以及太阳能电池阵列。
然而，挫折似乎接踵而至。一个问题是成本的稳步上升。NASA最初对三个独立设施——主要居住空间和两个自动实验室平台——的80亿美元估算被证明过于乐观。挑战者号（Challenger）事故也对空间站造成了影响。七名宇航员的牺牲引发了安全担忧，最终决定为空间站上的宇航员提供某种逃生系统。这导致了设计变更，进而增加了空间站的重量。
解决方案是用单桁架设计取代双龙骨结构，并缩小实验室模块的整体尺寸。新设计于1987年定稿。1988年，里根总统为空间站命名：“自由号”（Freedom）。
老布什将NASA引向火星之路
1989年7月，就职仅六个月后，乔治·布什总统试图重现他的“肯尼迪时刻”。在纪念阿波罗11号任务20周年的一次演讲中，他呼吁美国在三十年内重返月球，并派遣宇航员登陆火星。他将“自由号”空间站作为这项长期努力的基石。该计划大致分为三个阶段：在20世纪90年代，建造“自由号”空间站是NASA的主要任务；在21世纪初，计划恢复月球任务，建立一个长期探索的月球基地；这两步将为最早在2010年代末进行载人火星任务奠定基础。最终目标是在红色星球上建立永久前哨站。
布什的火星登陆呼吁促成了一项为期90天的研究，以巩固该计划的预期时间表、目标和成本。其设想是“自由号”将与登陆火星的努力同步发展。它将作为一个轨道试验台，NASA将在其中完善支持长期深空任务所需的技术，并且乘员每次停留长达六个月，这将是NASA在相对安全的近地轨道上了解人类在太空生存能力的途径。
随后的月球任务阶段将严重依赖“自由号”。乘员、飞行器和补给将发射到空间站，然后装载到转移飞行器中。该转移飞行器将飞往低地球轨道，在那里与一个在停车轨道上等待的下降飞行器会合，或者从月球表面发射与来访航天器会合。下降飞行器将载乘员抵达月球表面，而转移飞行器将返回“自由号”进行维护和补给。乘员在月球上停留长达一年，由同一转移飞行器在“自由号”和月球之间往返服务。对火星任务也计划了类似的安排。
从“自由号”到国际空间站
随着20世纪90年代的到来，“自由号”由于需要支持轨道组装的太空行走等新要求而变得越来越笨重和复杂。“自由号”的成本上升到383亿美元，这一数字现在包括了航天飞机发射的费用，但仍然远高于最初的80亿美元估算。1993年，比尔·克林顿总统呼吁对空间站进行一次新的重新设计，以期降低成本并吸引更多国际合作伙伴。提出了三个重新设计的空间站方案，白宫选择了名为“阿尔法”（Alpha）的方案。
“阿尔法”使用了“自由号”75%的硬件，不久后俄罗斯也提供了其未发射的“和平2号”（Mir 2）空间站的部分设备，以降低总体成本。这个新空间站的发展远比“自由号”更有能力。在重新定义过程中，“阿尔法”获得了“国际空间站”（International Space Station）的绰号。NASA的约翰逊航天中心成为该计划的牵头中心，波音公司成为主要承包商。
国际空间站计划始于“和平号-联盟号”（Shuttle-Mir）计划，这是自1975年“阿波罗-联盟”（Apollo-Soyuz）测试项目以来，美国和俄罗斯之间的首次合作。1994年2月，宇航员谢尔盖·克里卡列夫（Sergei Krikalev）成为第一位乘坐航天飞机（STS-60任务）的俄罗斯宇航员。一年后，航天飞机“发现号”（Discovery）在STS-63任务中与“和平号”进行了会合。1995年3月，美国宇航员诺曼·塔加德博士（Dr. Norman Thagard）与两名宇航员一起乘坐“联盟号”（Soyuz-TM 21）发射，在“和平号”上停留了三个月。任务结束时，航天飞机“亚特兰蒂斯号”（Atlantis）与“和平号”对接，接载乘员并送他们回家。1995年11月，航天飞机“亚特兰蒂斯号”执行STS-74任务，交付了一个俄罗斯制造的对接模块到“和平号”，这是首次向正在运行的轨道空间站添加模块。这些“和平号-联盟号”任务让美国宇航员自“天空实验室”以来首次接触到长期太空飞行，也教会了两国在合作和建造多模块空间站方面的宝贵经验。
国际空间站真正成型于1998年。11月20日，“曙光号”（Zarya）控制模块由俄罗斯质子号（Proton）火箭发射。它是空间站的第一个部件，是电池供电和燃料储存单元，后续模块被添加在其上。12月，“团结号”（Unity）节点紧随其后，1999年5月，航天飞机“发现号”为空间站安装了物流设备并进行了补给。2000年5月、7月、9月和10月的四次组装任务，增加了“黎明号”（Zvezda）服务模块，以及安装了Z1桁架、第三个加压对接适配器和Ku波段天线。这些任务还进行了补给和维护工作。空间站终于准备好迎接人类乘员了。
2000年10月30日，第一批远征队员（Expedition 1）乘坐“联盟号”火箭发射，并与国际空间站对接。乘员尤里·P·吉岑科（Yuri P. Gidzenko）、威廉·M·谢泼德（William M. Shepherd）和谢尔盖·K·克里卡列夫（Sergei K. Krikalev）成为首批居住和工作在这个轨道前哨站的人。又有三十二次组装任务完成了国际空间站的建设，将近一个半世纪前黑尔的故事点燃了人们的想象力，终于将空间站的梦想变为现实。
资料来源：《载人月球和火星探索90天研究报告》；《美国空间站历史》；《NASA空间站的演变和当前状况》；《国际空间站组装时间表》；黑尔的《砖块月球》；《明日世界》电视节目（第一部分在此，其余可在YouTube上找到，或在亚马逊上购买）。
