Original publish date:May 03, 2010
編輯 HCC 報導
NASA 預期於2010年9月利用發現號太空梭將人形機器人Robonaut 2(簡稱R2)送進國際太空站。
R2由NASA與General Motors聯合研發，重約140公斤，由似人頭部、具備高度靈巧雙手的軀幹構成，外型有點像星際大戰電影裡的C-3PO。
R2登上太空站後，將加入太空站原有的加拿大製機器人Dextre，Dextre安裝在太空站外部，代替需要太空漫步的太空人執行任務。R2則被限制在Destiny Lab內進行測試。
NASA擬利用STS-133任務測試機器人在微重力、宇宙輻射與電磁干擾環境下的性能。
研發團隊希望未來R2能執行國際太空站上的所有工作，例如為太空人準備科學實驗，或簡單的操作吸塵器等。
參考來源：
我擔心人工智慧可能會完全取代人類。如果人們能設計電腦病毒，那麼就會有人設計出能夠自我改進和複製的人工智慧。 這將是一種超越人類的新生命形式。
——史蒂芬．霍金（Stephen Hawking） 英國理論物理學家
大約在八十年前，當第一台數位計算機出現時，一些電腦科學家便一直致力於讓機器具有像人類一樣的智慧；但七十年後，還是沒有機器能夠可靠地提供人類程度的語言或影像辨識功能。誰又想到「人工智慧」（Artificial Intelligent，簡稱 AI）的能力最近十年突然起飛，在許多（所有？）領域的測試中擊敗了人類，正在改變各個領域——包括假新聞的製造與散佈——的生態。
圖形處理單元（graphic process unit，簡稱 GPU）是這場「人工智慧」革命中的最大助手。它的興起使得九年前還是個小公司的 Nvidia（英偉達）股票從每股不到 $5，上升到今天（5 月 24 日）每股超過 $1000（註一）的全世界第三大公司，其創辦人（之一）兼首席執行官、出生於台南的黃仁勳（Jenson Huang）也一躍成為全世界排名 20 內的大富豪、台灣家喻戶曉的名人！可是多少人了解圖形處理單元是什麼嗎？到底是時勢造英雄，還是英雄造時勢？
在回答這問題之前，筆者得先聲明筆者不是學電腦的，因此在這裡所能談的只是與電腦設計細節無關的基本原理。筆者認為將原理轉成實用工具是專家的事，不是我們外行人需要了解的；但作為一位現在的知識分子或公民，了解基本原理則是必備的條件：例如了解「能量不滅定律」就可以不用仔細分析，即可判斷永動機是騙人的；又如現在可攜帶型冷氣機充斥市面上，它們不用往室外排廢熱氣，就可以提供屋內冷氣，讀者買嗎？
不管是大型電腦或個人電腦都需具有「中央處理單元」（central process unit，簡稱 CPU）。CPU 是電腦的「腦」，其電子電路負責處理所有軟體正確運作所需的所有任務，如算術、邏輯、控制、輸入和輸出操作等等。雖然早期的設計即可以讓一個指令同時做兩、三件不同的工作；但為了簡單化，我們在這裡所談的工作將只是執行算術和邏輯運算的工作（arithmetic and logic unit，簡稱 ALU），如將兩個數加在一起。在這一簡化的定義下，CPU 在任何一個時刻均只能執行一件工作而已。
在個人電腦剛出現只能用於一般事物的處理時，CPU 均能非常勝任地完成任務。但電腦圖形和動畫的出現帶來了第一批運算密集型工作負載後，CPU 開始顯示心有餘而力不足：例如電玩動畫需要應用程式處理數以萬計的像素（pixel），每個像素都有自己的顏色、光強度、和運動等, 使得 CPU 根本沒辦法在短時間內完成這些工作。於是出現了主機板上之「顯示插卡」來支援補助 CPU。
1999 年，英偉達將其一「具有集成變換、照明、三角形設定／裁剪、和透過應用程式從模型產生二維或三維影像的單晶片處理器」（註二）定位為「世界上第一款 GPU」，「GPU」這一名詞於焉誕生。不像 CPU，GPU 可以在同一個時刻執行許多算術和邏輯運算的工作，快速地完成圖形和動畫的變化。
一部電腦 CPU 如何計算 7×5+6/3 呢？因每一時刻只能做一件事，所以其步驟為：
總共需要 3 個運算時間。但如果我們有兩個 CPU 呢？很多工作便可以同時（平行）進行：
只需要 2 個運算時間,比單獨的 CPU 減少了一個。這看起來好像沒節省多少時間，但如果我們有 16 對 a×b 要相加呢？單獨的 CPU 需要 31 個運算的時間（16 個 × 的運算時間及 15 個 + 的運算時間），而有 16 個小 CPU 的 GPU 則只需要 5 個運算的時間（1 個 × 的運算時間及 4 個 + 的運算時間）！
現在就讓我們來看看為什麼稱 GPU 為「圖形」處理單元。圖一左圖《我愛科學》一書擺斜了，如何將它擺正成右圖呢？ 一句話：「將整個圖逆時針方向旋轉 θ 即可」。但因為左圖是由上百萬個像素點（座標 x, y）組成的，所以這句簡單的話可讓 CPU 忙得不亦樂乎了：每一點的座標都必須做如下的轉換
x’ = x cosθ + y sinθ
y’ = -x sinθ+ y cosθ
即每一點均需要做四個 × 及兩個 + 的運算！如果每一運算需要 10-6 秒，那麼讓《我愛科學》一書做個簡單的角度旋轉，便需要 6 秒，這豈是電動玩具畫面變化所能接受的？
人類的許多發明都是基於需要的關係，因此電腦硬件設計家便開始思考：這些點轉換都是獨立的，為什麼我們不讓它們同時進行（平行運算，parallel processing）呢？於是專門用來處理「圖形」的處理單元出現了——就是我們現在所知的 GPU。如果一個 GPU 可以同時處理 106 運算，那上圖的轉換只需 10-6 秒鐘！
GPU 可分成兩種：
2007 年，英偉達發布了可以在獨立 GPU 上進行平行處理的軟體層後，科學家發現獨立 GPU 不但能夠快速處理圖形變化，在需要大量計算才能實現特定結果的任務上也非常有效，因此開啟了為計算密集型的實用題目編寫 GPU 程式的領域。如今獨立 GPU 的應用範圍已遠遠超出當初圖形處理，不但擴大到醫學影像和地震成像等之複雜圖像和影片編輯及視覺化，也應用於駕駛、導航、天氣預報、大資料庫分析、機器學習、人工智慧、加密貨幣挖礦、及分子動力學模擬（註三）等其它領域。獨立 GPU 已成為人工智慧生態系統中不可或缺的一部分，正在改變我們的生活方式及許多行業的遊戲規則。英特爾在這方面發展較遲，遠遠落在英偉達（80%）及超微半導體公司（Advance Micro Devices Inc.，19%，註四）之後，大約只有 1% 的市場。
事實上現在的中央處理單元也不再是真正的「單元」，而是如圖二可含有多個可以同時處理運算的核心（core）單元。GPU 犧牲大量快取和控制單元以獲得更多的處理核心，因此其核心功能不如 CPU 核心強大，但它們能同時高速執行大量相同的指令，在平行運算中發揮強大作用。現在電腦通常具有 2 到 64 個核心；GPU 則具有上千、甚至上萬的核心。
我們一看到《我愛科學》這本書，不需要一點一點地從左上到右下慢慢掃描,即可瞬間知道它上面有書名、出版社等，也知道它擺斜了。這種「平行運作」的能力不僅限於視覺，它也延伸到其它感官和認知功能。例如筆者在清華大學授課時常犯的一個毛病是：嘴巴在講，腦筋思考已經不知往前跑了多少公里，常常為了追趕而越講越快，將不少學生拋到腦後！這不表示筆者聰明，因為研究人員發現我們的大腦具有同時處理和解釋大量感官輸入的能力。
人工智慧是一種讓電腦或機器能夠模擬人類智慧和解決問題能力的科技，因此必須如人腦一樣能同時並行地處理許多資料。學過矩陣（matrix）的讀者應該知道，如果用矩陣和向量（vector）表達，上面所談到之座標轉換將是非常簡潔的（註五）。而矩陣和向量計算正是機器學習（machine learning）演算法的基礎！也正是獨立圖形處理單元最強大的功能所在！因此我們可以了解為什麼 GPU 會成為人工智慧開發的基石：它們的架構就是充分利用並行處理，來快速執行多個操作，進行訓練電腦或機器以人腦之思考與學習的方式處理資料——稱為「深度學習」（deep learning）。
黃仁勳在 5 月 22 日的發布業績新聞上謂：「下一次工業革命已經開始了：企業界和各國正與英偉達合作，將價值數萬億美元的傳統資料中心轉變為加速運算及新型資料中心——人工智慧工廠——以生產新商品『人工智慧』。人工智慧將為每個產業帶來顯著的生產力提升，幫助企業降低成本和提高能源效率，同時擴大收入機會。」
人工智慧的實用例子：下面一段是微軟的「copilot」代書、谷歌的「translate」代譯之「one paragraph summary of GPU and AI」。讀完後，讀者是不是認為筆者該退休了？
GPU（圖形處理單元）和 AI（人工智慧）之間的協同作用徹底改變了高效能運算領域。GPU 具有平行處理能力，特別適合人工智慧和機器學習所需的複雜資料密集運算。這導致了影像和視訊處理等領域的重大進步，使自動駕駛和臉部辨識等技術變得更加高效和可靠。NVIDIA 開發的平行運算平台 CUDA 進一步提高了 GPU 的效率，使開發人員能夠透過將人工智慧問題分解為更小的、可管理的、可同時處理的任務來解決這些問題。這不僅加快了人工智慧研究的步伐，而且使其更具成本效益，因為 GPU 可以在很短的時間內執行與多個 CPU 相同的任務。隨著人工智慧的不斷發展，GPU 的角色可能會變得更加不可或缺，推動各產業的創新和新的可能性。大腦透過神經元網路實現這一目標，這些神經元網路可以獨立但有凝聚力地工作，使我們能夠執行複雜的任務，例如駕駛、導航、觀察交通信號、聽音樂並同時規劃我們的路線。此外，研究表明，與非人類動物相比，人類大腦具有更多平行通路，這表明我們的神經處理具有更高的複雜性。這個複雜的系統證明了我們認知功能的卓越適應性和效率。我們可以一邊和朋友聊天一邊走在街上，一邊聽音樂一邊做飯，或一邊聽講座一邊做筆記。人工智慧是模擬人類腦神經網路的科技，因此必須能同時並行地來處理許多資料。研究人員發現了人腦通訊網路具有一個在獼猴或小鼠中未觀察獨特特徵：透過多個並行路徑傳輸訊息,因此具有令人難以置信的多任務處理能力。
（註一）當讀者看到此篇文章時，其股票已一股換十股，現在每一股約在 $100 左右。
（註二）組裝或升級過個人電腦的讀者或許還記得「英偉達精視 256」（GeForce 256）插卡吧?
（註三）筆者於 1984 年離開清華大學到 IBM 時，就是參加了被認為全世界使用電腦時間最多的量子化學家、IBM「院士（fellow）」Enrico Clementi 的團隊：因為當時英偉達還未有可以在 GPU 上進行平行處理的軟體層，我們只能自己寫軟體將 8 台中型電腦（非 IBM 品牌！）與一大型電腦連接來做平行運算，進行分子動力學模擬等的科學研究。如果晚生 30 年或許就不會那麼辛苦了?
（註四）補助個人電腦用的 GPU 品牌到 2000 年時只剩下兩大主導廠商：英偉達及 ATI（Array Technology Inc.）。後者是出生於香港之四位中國人於 1985 年在加拿大安大略省成立，2006 年被超微半導體公司收購，品牌於 2010 年被淘汰。超微半導體公司於 2014 年 10 月提升台南出生之蘇姿豐（Lisa Tzwu-Fang Su）博士為執行長後，股票從每股 $4 左右，上升到今天每股超過 $160，其市值已經是英特爾的兩倍，完全擺脫了在後者陰影下求生存的小眾玩家角色，正在挑戰英偉達的 GPU 市場。順便一題：超微半導體公司現任總裁（兼 AI 策略負責人）為出生於台北的彭明博（Victor Peng）；與黃仁勳及蘇姿豐一樣，也是小時候就隨父母親移居到美國。
（註五）
或
。
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2021 年底，美國政府宣布再次延長國際太空站（ISS）的服役年限，讓它繼續運作到 2030 年，續寫這座人類史上最大人造衛星的傳奇。與此同時，NASA 的「商業近地軌道太空站」（Commercial Leo Destinations, CLD）也正如火如荼地展開，旨在創造多元而蓬勃的近地軌道經濟圈。
國際太空站絕對夠格問鼎當代最偉大的工程奇蹟之一。由美國、俄羅斯、日本、歐洲與加拿大共同打造，ISS 的質量約 450 公噸，大小相當於一座美式足球場，是歷史上最大最重的人造衛星，二十多年來以約 7.6 km/s 的高速，在 400 多公里高的近地軌道上繞行地球。太空站上常駐約 7 名左右的太空人，負責維護太空站的運作，並且在這獨一無二的微重力環境下，進行各式各樣的科學研究。
這樣一個龐然大物，世界上沒有任何一款火箭有辦法一次就把它送上軌道。因此 ISS 的建造，是一次一個地把艙段發射到軌道上，然後讓它在茫茫太空中，精準地與之前發射的其他艙段對接，像拼樂高一樣，一步一步地把整個太空站組裝起來。從 1998 年到 2011 年，多國團隊一共花了 13 年的時間、31 次發射，才完成 ISS 的建造。
然而，光是「建造」太空站是不夠的，為了維持太空站的運作，太空站上必須要有太空人常駐，因此每隔幾個月，多國團隊就得發射載人任務，把新一批太空人送上太空站，並讓前一批太空站上的太空人返回地球。同時，為確保這些太空人能在太空正常生活，它們還得更頻繁地發射無人貨運太空船，為太空人帶來食物、水、維修零件等資源。
截至 2021 年底，已發射了超過 66 批「遠征隊」（expeditions）輪班駐守 ISS，並且發射 144 趟無人貨運任務。每一趟任務背後，都要耗費數億美金的火箭發射成本，及數百噸的火箭推進劑。再加上太空人的訓練、基礎設施建造、早期的研究與試驗、多國間的協調合作……等等，這個計畫的規模之宏大可見一斑。
國際太空站的建造與運作是如此的昂貴，即使是全世界資源最豐富的太空機構：NASA，要長年維持它的運作也顯得力不從心。
其中一個重要的原因，在於 NASA 當年用於運補國際太空站的主力——太空梭（STS）。太空梭不僅操作危險，成本也非常昂貴。面對這種情況，NASA 想到：「也許我們可以從最簡單運送補給物資開始，培養一批民間太空公司，等它們的成長茁壯之後，就可以把這些「日常瑣事」外包出去給它們做。」
在自由市場的競爭壓力下，這些民間太空公司自然會拚命地找出效率最高的辦法達成目標。如此一來，NASA 省了錢，又培育了國內的航太科技實力，豈不是一舉兩得？
於是，2006 年，NASA 啟動了「商業軌道運輸服務」（COTS）計畫，讓民間太空公司在 NASA 專業人員的幫助之下，自行設計一套火箭與太空船參與競爭。
每達到一個 NASA 設定的里程碑，就可以拿到相當可觀的資助，進行下一階段的開發，由此一步一步地完成整套系統的開發。經過激烈的競爭，最終由老牌太空公司「軌道科學」（Orbital Science）與當時的新創太空公司 SpaceX 奪下勝利，取得「商業補給服務」（CRS）合約。時至今日，雙方的「天鵝座」（Cygnus）與「天龍號」（Dragon）系列貨運太空船，仍是補給國際太空站的主力。
有了 CRS 的成功經驗，NASA 決定打鐵趁熱，在 2011 年啟動「商業載人服務」（CCP），讓商業太空公司負責難度更高的載人太空飛行任務。
經過多年競爭，這次脫穎而出奪得合約的是 SpaceX 與波音兩家公司。然而，命途多舛的波音「CST-100 星際航線」（Starliner）太空船頻頻發生問題，至今（2022 年 2 月）仍未成功執行任務。另一邊，SpaceX 的「載人版天龍號太空船 Crew Dragon」太空船則相對順利得多，不僅已經 4 度成功把太空人送上 ISS，更將 Crew Dragon 用於太空旅遊，在「靈感 4 號」（Inspiration 4）任務中讓 4 位民間太空人體會了 3 天的軌道飛行，並且未來還會執行更多類似任務。讓我們看到這些為政府機構打造的太空船，其實有著巨大的商業潛力。
時光飛逝，歲月如梭，國際太空站轉眼間已經服役超過 20 年。整體而言，太空站的狀態還算良好，但是大大小小的故障仍時有耳聞。因此，即使美國政府宣布讓 ISS 持續服役到 2030 年，尋找國際太空站的接班人仍是刻不容緩。
對此，NASA 故技重施，啟動了「商業近地軌道太空站」（Commercial Leo Destinations, CLD）計畫。這次不只運貨、載人，而是要讓商業太空公司自行設計、建造與運營商業太空站。經過第一階段的評選，目前有 3 組團隊獲選，它們分別是：
最後，當廠商們的技術發展成熟（預計是在 2025 年以後），NASA 就會從指導者變成客戶，付錢購買廠商們的服務。除了角逐 CLD 計畫的 3 個團隊之外，還有另一組人馬——Axiom Space，也是商業太空站大賽的選手之一。比起剛剛起步的 CLD 三家，Axiom Space 不僅已經拿到 NASA 的合約，而且太空站怎麼建造也都已經有了相當完整的規劃。若進展順利，應該會成為第一個成功入軌的商業太空站。
國際太空站是 21 世紀初人類的太空技術結晶，是世界各國耗時 13 年、斥資上千億美金完成的偉大工程。然而時過境遷，這座龐然大物逐漸顯露疲態。值得慶幸的是，得益於 15 年來商業太空領域的高速發展，民間太空公司已經一步步掌握火箭、貨運、載人太空船，乃至於太空站的開發與運營技術，讓太空不再是政府機關的專利，也讓 ISS 不怕後繼無人。
隨著資源與人力的不斷投入，一個生機勃勃的近地軌道經濟圈，也許並沒有我們想像的那麼遙遠！
生父頻繁對我進行訓斥，一見我就罵我，曾提到不如給我一把刀，讓我去街上殺個人，就能吃一輩子牢飯。還教唆我把身分證扔掉，好讓警察查無此人，再裝成一個傻逼混跡在精神病院救助站等場所，同樣有一口飯吃。今天他又對我提起，下次警察再抓我，乾脆閉起嘴巴裝傻什麼也不說，如此這般再也不會被警察送回他那裡，而是終身監禁，吃一輩子公家的飯。這名中年男子以灌煤氣維生，慣用老人機，比起線上支付較常使用現金消費，因而天真的以為人臉支付技術並不會被警察運用在調查無家可歸者的底細方面。但凡是能推卸掉的責任，共匪絕對不會多管閒事，浪費糧食再餵飽一張嘴，但凡是能以「共同富裕」為藉口獨吞的利益，共匪絕對不會留給窮困潦倒的底層百姓一毛錢。當初生父以辦理低保為藉口滿街追著我跑，最後追進了派出所才要走我的身份證，事後證明完全是在白費力氣，我仍舊一分錢都沒拿到。人生不如意之事十之八九，共匪把他們自身活成了中看不中用的裝飾品，我就看這群戲子自編自導自演的恐怖片幾時收場吧。
對了，共匪每一次把我捉進籠子裏關起來，都會找各種藉口抽走我多達數百毫升的血液，至於血液檢驗結果，我本人從來都沒有見到過，而共匪手中卻握有我大量的DNA樣本。更別提辦理身分證時，被警察索取的指紋信息。綜上所述，只要共匪捉進籠子裏關起來的不是一具屍體，共匪就一定不會多此一舉幫忙將我送去殯儀館，而是像扔掉一件垃圾似的把我丟給生父。感謝共匪分配、投喂、施捨的這位監護人，肢體暴力與精神暴力雙管齊下，令我的生活每況愈下，還不如住在監獄裏，過著衣來伸手，飯來張口，吹著怡人空調的日子。
國際太空站（International Space Station，ISS）是地球軌道上最大的衛星，也是太空中最大的人造物體，其大小約有一個足球場這麼大，有時候我們從地表用肉眼就可以看到它快速地在夜空中劃過。國際太空站在距離地球表面 400 公里高的低地球軌道上運行，並且以每秒約 7.7 公里的速度繞行地球。以這個速度繞地球一圈只需要 93 分鐘，所以太空站每天會繞行地球 15.5 圈（這也表示太空站上的太空人每天可以看 15 次以上的日出與日落）。
設置國際太空站的目的，主要是作為太空實驗室、天文臺，以及為未來可能的月球和火星登陸計劃提供運輸、維護和中繼站的服務。在 2010 年美國國家太空政策中，國際太空站更被賦予了為商業、外交和教育服務的額外目的。
然而，最初設立太空站的想法，其實是源自於冷戰時期美國與蘇聯的太空競賽。蘇聯在 1980 年代已經率先發射了模組化的太空站到地球軌道上，而美國政府擔憂蘇聯擁有比美國更強大的核武攻擊力量，因此在 1984 年提出了「戰略防禦計畫」，又稱為「星戰計畫」（Strategic Defense Initiative， 或稱 Star Wars Program），其目標是要建造太空中的反彈道飛彈系統，以阻止敵方的洲際飛彈和太空飛行器。美國太空總署提出的自由號太空站（Space Station Freedom）計劃就是這個「星戰計畫」的一部分，雷根總統更在 1984 年宣示將在 10 年內完成太空站的建設。
但是由於太空站預算龐大、加上 1986 年挑戰者號太空梭的爆炸意外，太空站計劃不斷地被延宕。一直到 1991 年蘇聯解體後，冷戰正式結束，美國和蘇聯的太空競賽也失去了意義。冷戰結束後，美國總統柯林頓於 1993 年宣布結束自由號太空站的計劃。同年，在美國副總統高爾的推動下，美國太空總署開始與俄羅斯聯邦太空總署協商合作建立太空站的構想，這也促成了兩國初步的太空合作計畫：「太空梭–和平號計劃」。
國際太空站的成立主要分為二個階段：第一階段是從 1993 到 1998 年，由美國太空總署（NASA）和俄羅斯聯邦太空總署（Roskosmos）所合作的「太空梭–和平號計劃」（ShuttleS–Mir Program），而這個計劃也可以說是國際太空站的前身（見圖 2）。
其中俄羅斯在 1986 年升空開始興建的和平號太空站（space station Mir），是世界上第一個模組化的太空站，也是第一個讓人類可以長期居住的太空研究中心。在這個「太空梭–和平號計劃」其間，NASA 一共執行了 11 次太空梭任務，並且派了 7 名美國太空人長駐在和平號上（累計將近 1000 天）向俄羅斯太空人學習長時間的太空生活經驗、操作太空站、太空漫步訓練、和進行各種科學實驗。其目的就是為了建造之後的國際太空站而作準備。
2001 年，因為和平號太空站的設備老化且缺乏維修經費，俄羅斯聯邦太空總署決定將其墜毀於地球大氣層，而其碎片則是掉入南太平洋海域中，結束它長達 15 年的太空服役生涯。
國際太空站目前由五個太空機構聯合運作，包括美國太空總署（NASA）、俄羅斯聯邦太空總署（Roscosmos）、日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）、加拿大太空總署（CSA）和歐洲太空總署（ESA）。最初在命名國際太空站時是提議稱之為「阿爾法太空站」，但是俄羅斯方面並不贊成「阿爾法」（Alpha，α 是希臘字母表裡的第一個字母）這個名字，因為「阿爾法」有表示「第一個」的意涵。事實上俄羅斯的和平號才是第一個模組化的太空站，所以他們認為國際太空站的名字應該稱作「貝塔」（Beta，β 是希臘字母表裡的第二個字母）會更合適。在各國商談之後才決定直接定名為「國際太空站」（International Space Station）。
1998 年 11 月，國際太空站的第一個模組：俄羅斯的曙光號功能貨艙（Zarya）發射升空；同年 12 月，美國的團結號節點艙（Unity）發射進入軌道並與曙光號連接；2000 年 7 月，俄羅斯的星辰號服務艙（Zvezda）升空與太空站連接。星辰號服務艙主要是提供太空人的生命維持系統，包括太空人睡眠的區域、健身器材、飲用水裝置、廚房設備、廁所以及其他衛生設施。這些設備都是為了 2000 年 11 月首批登上國際太空站的太空人做準備。（圖 3 的三張照片可以看到最初三個模組陸續建構太空站的演進。）
國際太空站的架設工作一直持續到 2002 年。不幸的是，在 2003 年發生了哥倫比亞號太空梭（Columbia）的失事事件，NASA 停飛了所有的太空梭，國際太空站的建設也因此受到拖延。在太空梭停飛的兩年半裡，太空人的物資完全依賴俄羅斯聯盟號（Soyuz）太空船的輸送，一直到 2005 年 NASA 太空梭才再度重返太空。之後太空梭連續運送了大量的桁架與太陽能板到太空站上組裝（見圖 4）。日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）於 2008 年也加入了建造國際太空站的行列，陸續在太空站增設了希望號實驗艙（Kibo）；2012 年，美國太空探索科技公司（SpaceX）發射了第一艘商業用太空船飛龍號（Dragon spacecraft）。
目前國際太空站的空間大小約為 1,000 立方公尺，總質量約 41 萬公斤。整個站體長約 108 公尺，寬約 74 公尺（大概是一個足球場的大小）。要建造完整的太空站，需要 40 多次的太空飛行任務才能達到。到 2020 年為止，NASA 太空梭一共執行了 36 次任務來運送國際太空站的模組，另外負責運送模組的還包括俄羅斯的質子號（Proton）和聯盟號（Soyuz）運載火箭，以及美國太空探索科技公司的「獵鷹 9 號」（SpaceX Falcon–9）。太空站的模組主要是先在地面上建造完成，再運送到太空中組裝。
下面列出一些規模較大的太空站模組：
國際太空站在繞行地球的過程中，高度會逐漸下降。為了維持太空站的軌道高度，會以太空站的推進系統、或是以來訪的飛行載具引擎來提供推力，藉此推高太空站的軌道高度。太空站所在的低地球軌道上，同時也存在很多太空碎片。前面所提到的改變太空站軌道高度的方法，也可以應用在避開太空碎片撞擊的操作上（Debris Avoidance Manoeuver， DAM）。萬一太空站來不及執行 DAM 以躲避太空碎片，那麼所有的太空人將會集合到俄羅斯的聯盟號（Soyuz）太空船上，若太空站受到嚴重破壞時就可以緊急撤回地球。這樣的緊急疏散事件在 2009、2011、2012 和 2015 年都虛驚過一次，但只有進入聯盟號，沒有撤離。
由於國際太空站以高速繞著地球轉，太空站上的地心引力與離心力幾乎相互抵消。但是實際上，太空站上的重力環境其實並非是全然的「零重力空間」，而是還受到非常微小的重力影響，我們稱之為「微重力環境」（micro-g environment）。太空站設立的其中一個重要目的，就是做為在微重力環境下的實驗室，其研究領域包括天文生物學、天文學、氣象學、物理學、材料科學和太空天氣等。
在微重力的環境下研究植物生長、流體力學、材料合成、燃燒現象和結晶過程等，都有助於科學家更加了解在無重力下的各種物理現象。例如，圖 6 是非常著名的火焰實驗：在太空中燃燒的火焰會因為在微重力的環境下變成圓形的。另外一個重要的實驗，是研究長期在太空中生活對人體的影響，包括肌肉萎縮和骨質流失等問題。研究顯示長時間的太空旅行可能會造成太空人有重大骨折的風險，所以現在太空站上裝有為太空人設計的健身器材，讓太空人每天都能有固定的運動量，以防止肌肉萎縮及維持人體循環系統的健康運作。
在太空站上的各項實驗與儀器測試，對於 NASA 即將執行的重返月球計畫以及之後的火星登陸計畫尤其重要。除了累積在太空中操作與維修各種儀器的經驗之外，對於微重力、宇宙輻射和隔離對太空人身心健康的長期影響，也能研究出較可行的應對之道。
到 2010 年為止，國際太空站所花費的金額已經高達 1,500 億美金，遠遠超過了最初的預算。雖然很多人對國際太空站未來的持續運作抱持著反對的意見，但是基於考量到未來重返月球與登陸火星的計畫，2018 年美國國會還是通過相關法案，確定延長國際太空站的使用期限到 2030 年。
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