李楚萱 李云龍

空間站也叫軌道站、太空站或航天站，是一種在近地軌道長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行、可同時(shí)供多名宇航員（中國(guó)為航天員）在其中工作生活的大型載人航天器。

兩個(gè)空間站

1971年，人類發(fā)射了第一個(gè)空間站——由蘇聯(lián)設(shè)計(jì)建造的“禮炮1號(hào)”空間站，截止到2021年，已有12個(gè)空間站發(fā)射至太空中，它們中的大多數(shù)已完成使命“退役”。目前，外太空有2個(gè)空間站，分別是“國(guó)際空間站”和“中國(guó)空間站”。

國(guó)際空間站是由美國(guó)、俄羅斯、日本、巴西、加拿大，以及歐洲空間局等6個(gè)國(guó)際主要太空機(jī)構(gòu)聯(lián)合推進(jìn)，總共16個(gè)國(guó)家或地區(qū)組織共同建造的空間站項(xiàng)目。1998年，國(guó)際空間站開(kāi)始建造，各功能模塊在其后被陸續(xù)送入軌道裝配，2011年國(guó)際空間站組裝工作全部結(jié)束。

國(guó)際空間站是目前為止規(guī)模最大的空間站。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，規(guī)模大，由宇航員居住艙、實(shí)驗(yàn)艙、服務(wù)艙、對(duì)接過(guò)渡艙，以及太陽(yáng)電池等部分組成，長(zhǎng)108米、寬88米，總質(zhì)量約423噸，運(yùn)行軌道高度為330～435千米，載人艙內(nèi)大氣壓與地球表面相同，可載6人。國(guó)際空間站作為一個(gè)實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行過(guò)與天文學(xué)、氣象學(xué)、物理學(xué)、人類生物學(xué)、空間醫(yī)學(xué)、材料生產(chǎn)，以及通信研究等領(lǐng)域相關(guān)的許多實(shí)驗(yàn)，同時(shí)對(duì)地球進(jìn)行重要的觀測(cè)。

2021年4月29日，隨著“長(zhǎng)征五號(hào)”B遙二運(yùn)載火箭將中國(guó)空間站天和核心艙順利送入太空，中國(guó)空間站拉開(kāi)建造大幕。中國(guó)空間站以天和核心艙、問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙和夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙三艙為基本構(gòu)型。2021年6月17日，“神舟十二”號(hào)載人飛船發(fā)射成功，航天員聶海勝、劉伯明和湯洪波先后進(jìn)入天和核心艙，標(biāo)志著中國(guó)人首次進(jìn)入自己的空間站。中國(guó)空間站的定位是國(guó)家未來(lái)的空間實(shí)驗(yàn)室，主要是為了解決人類長(zhǎng)期在空間飛行的關(guān)鍵技術(shù)。

400千米的奧秘

國(guó)際空間站和中國(guó)空間站的軌道高度都在400千米左右。這是為什么呢？

大家都知道，地球表面有大氣層，由近及遠(yuǎn)分別是對(duì)流層、平流層、中間層、熱層，以及散逸層。隨著高度增加，空氣越來(lái)越稀薄，把物品運(yùn)送到相應(yīng)位置的成本也越高，所以，設(shè)定不能太高，以便節(jié)省運(yùn)送成本，但如果很低，大氣層的空氣太稠密，會(huì)對(duì)空間站產(chǎn)生阻力，迫使空間站不斷輸出能量維持穩(wěn)定，這也不合適。

客觀來(lái)講，大氣層和太空并沒(méi)有明顯的分界線，國(guó)際航空聯(lián)合會(huì)把100千米的高度定義為大氣層和太空的分界線，這個(gè)分界線叫作卡門(mén)線。高于卡門(mén)線就屬于太空，而低于這個(gè)高度就是大氣層。問(wèn)題又出現(xiàn)了，既然高于100千米就算太空了，那我們?yōu)槭裁床话芽臻g站放在100千米的高度呢？

原來(lái)，宇航員要在空間站做太空實(shí)驗(yàn)，100千米的高度并不完全接近真空狀態(tài)，望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)優(yōu)勢(shì)也凸顯不出來(lái)，同時(shí)這里不屬于無(wú)重力的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，而高度達(dá)到400千米左右就可以滿足理想條件。

此外，選擇400千米的高度還和空間站、宇航員的安全有關(guān)。太陽(yáng)有很強(qiáng)的輻射，由于地球有大氣層，大氣層中有臭氧，隔絕了輻射中大部分的有害紫外線，這才使得地球宜居。除了超強(qiáng)的輻射致癌，太陽(yáng)還會(huì)時(shí)時(shí)刻刻向外界輻射帶電粒子，這些帶電粒子危害巨大，如果撞上空間站，就有可能損壞設(shè)備;同時(shí)這些帶電粒子對(duì)人體也危害巨大，同樣有致癌的風(fēng)險(xiǎn)。在地球上不用擔(dān)心帶電粒子，是因?yàn)榈厍蛴写艌?chǎng)，帶電粒子在磁場(chǎng)中會(huì)偏轉(zhuǎn)，使得地球表面不會(huì)受到影響。但是這個(gè)磁場(chǎng)的范圍不夠大，有些地方的磁場(chǎng)高度才1 000千米左右。所以，空間站的位置不能超過(guò)1 000千米的高度。這樣來(lái)看，400千米的高度就有很強(qiáng)的說(shuō)服力了。

為啥不建在月球上

很多人有疑問(wèn)，為什么要讓空間站懸浮在地球上空，而不是建造在月球上？依托月球，空間站不就會(huì)更加穩(wěn)定了嗎？

其實(shí)，這是因?yàn)槿祟惸壳斑€沒(méi)有把空間站搬到月球上的能力，畢竟月球和地球的距離實(shí)在是太遠(yuǎn)了。

空間站的位置選擇，需要考慮的因素很多。

首先，地月相距較遠(yuǎn)，地球與月球之間的平均距離是384 403.9千米。如果建在月球，人類想要維護(hù)它，就要先前往月球，可是，登陸月球的難度系數(shù)大，只有美國(guó)實(shí)現(xiàn)過(guò)人類登月。即使可以順利登月，空間站需要不斷維護(hù)和補(bǔ)給物資，花費(fèi)就更多了。

其次，月球缺少供人類生存的基本生活物資，比如說(shuō)水。雖然經(jīng)探測(cè)證實(shí)月球上確實(shí)存在水，但人類要收集月球水并且生存下來(lái)，需要更高技術(shù)支持，目前還實(shí)現(xiàn)不了。

再有，在月球上建空間站會(huì)直接影響月球本身的環(huán)境。月塵又稱月土，是月球表面的粉末狀塵土，粒徑一般小于1毫米，只要輕微的接觸就可能帶來(lái)很大的麻煩。月塵易于帶電，并可以在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)保持帶電。因此，月塵顆粒在光電效應(yīng)、太陽(yáng)風(fēng)輻照作用下帶電之后，可長(zhǎng)時(shí)間飄浮并移動(dòng)。著陸器著陸、人員走動(dòng)、月球車行走，都會(huì)造成塵埃飛揚(yáng)，而且被月球塵埃粘住之后，很難清除掉。

此外，失去地球磁場(chǎng)的保護(hù)，前文提到的太陽(yáng)風(fēng)粒子和宇宙輻射等危險(xiǎn)因素也會(huì)讓空間站的環(huán)境變得非常不穩(wěn)定。

還有就是安全性問(wèn)題。地球上之所以不會(huì)有大型隕石降落，是因?yàn)榇髿鈱訉?duì)外來(lái)隕石有消耗作用。月球上可沒(méi)有大氣層，隕石隨時(shí)都有可能落下來(lái)，要是空間站真的被隕石擊中，損失將極其慘重。

回收問(wèn)題也是需要考慮的?？臻g站有一定的使用壽命，迄今為止，除了現(xiàn)在太空中的兩個(gè)，其他10個(gè)都被回收了。距離地球400千米的軌道上有少量大氣，空間站在飛行的過(guò)程中會(huì)受到阻力，空間站最終墜落到地球上。如果在月球上，根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)回收。

最后是救援問(wèn)題。曾多次在科幻大片中出現(xiàn)的太空應(yīng)急救援能力，在中國(guó)空間站時(shí)代已成為現(xiàn)實(shí)。據(jù)媒體報(bào)道，我國(guó)成功發(fā)射“神舟十三”號(hào)載人飛船的同時(shí)，“神舟十四”號(hào)已進(jìn)入應(yīng)急發(fā)射狀態(tài)。倘若“神舟十三”號(hào)遇到緊急情況，“神舟十四”號(hào)最快可在8.5天趕往太空展開(kāi)救援。倘若空間站在月球則根本來(lái)不及。

綜合發(fā)射成本、安全、科學(xué)目標(biāo)諸多因素一起考慮，各國(guó)科學(xué)家普遍認(rèn)為將空間站的飛行高度設(shè)置在地球上空400千米附近最為穩(wěn)妥。

這就是空間站寧可懸浮在太空也不建在月球上的奧秘。