空間站(space station)又稱太空站、航天站,是一種在近地軌道長時間運行、可供多名航天員巡訪、長期工作和生活的載人航天器。一般來說,空間站大都在約400公里高度的軌道上運行,比如,我國的天宮一號、天宮二號空間實驗室,目前仍在軌運行的國際空間站,以及未來我們即將開展建造的中國空間站。那么問題來了,空間站為什么只飛400公里高,不飛高點呢?
我們從平時接觸到的知識中很容易知道,航天發(fā)射是非常昂貴的??臻g站飛往更高的軌道需要提供更多的能量,對運載火箭的運載能力是一個很大的考驗。如果要把成噸的設(shè)備攜帶到較高的高度,一來沒有太大必要,二來成本也過于高昂。
實際上太空和地球大氣層并沒有明確的邊界,因為大氣隨著海拔增加而逐漸變薄。國際航空聯(lián)合會將100公里的高度定義為大氣層和太空的界線,即“卡門線”,卡門線外為太空。
100公里高度以上就被認(rèn)為是太空。一般太空實驗所關(guān)心的接近真空的環(huán)境、無云層遮擋的望遠(yuǎn)鏡觀測優(yōu)勢、近乎無重力的實驗條件等,400公里高度都足以滿足。
另一方面,還考慮到航天員和空間站本身的安全問題。在地球周圍存在的磁場會控制一些帶電的電子和離子,與來自太陽風(fēng)的高能粒子對抗,并且通過一些物理過程注入來自太陽風(fēng)的高能粒子,或是加速地球周圍本身的帶電粒子。
在地球周圍存在名為“范艾倫輻射帶”的空間區(qū)域,它大致分成1500~5000公里和1.3萬~2萬公里的高度范圍,在空間天氣擾動的時候還會向上、向下擴張,這里有著能量非常高、密度也非常大的帶電粒子,對飛行在其中的飛行器傷害很大。另外,因為地磁場本身不是對稱的,在南大西洋上方(也就是俗稱的“百慕大”附近)的地磁場形態(tài)導(dǎo)致這里的輻射帶高度比較低,在有擾動的時候可能只有1000公里高度左右,空間站飛高了就很容易進入到輻射帶當(dāng)中。
那么,如果讓空間站飛幾萬公里高呢?地球朝向太陽正面的磁層在太陽活動強烈時也可能壓縮到3萬公里附近,此時空間站也可能沐浴在太陽風(fēng)的高能粒子當(dāng)中。一旦發(fā)生這種情況,讓空間站進入到高能粒子區(qū)域,不僅對航天員的生命健康是巨大的威脅,還會傷害儀器設(shè)備。因此,空間站飛行在400公里高度附近是比較安全和合適的。6F505F06-2614-4C03-99C8-ABEB5ECC6F21