空间站为何只在400公里的高度飞,不再飞得高点呢?

综述

从古至今,中国故事从神话到仙侠,飞天对于很多中国人来说始终是个梦想,而航天飞船、空间站等等的出现,圆了中国人的飞天梦。因此,航天对于我们中国人的不仅在于对国力强盛的体现,更是中国五千年以来的畅享。

所以国人总是特别关注与航天相关的消息新闻。

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空间站及其燃料需求

空间站(space station)也叫太空站、航天站,它是一种长期运行在近地轨道上,可以有很多宇航员访问,可以长期工作和生活的载人飞船。

在一般情况下,有很多空间站的运行轨道大都在400公里左右浮动,就像我们国家有名的天宫一号、天宫二号的实验室,还有我们我国在不久的将来准备建设的属于我们中国的空间站。

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在刚开始的时候,我们的宇航员在飞向太空时只能呆在飞船里,而且这个时间不可以过长,但是现在科技发展到了2022年,宇航员不仅可以长时间带在太空舱,还可以去空间站外面的空间去工作,活动的范围整体变得更加宽松,这无疑是一个很大的进步。

然而,有许多民众对于空间站只飞400公里感到很疑惑,为什么不能飞更高呢?

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在老百姓心目中,那肯定得是空间站的高度高点好,对于中国人的飞天梦来说,与地面距离越远的地方才算得上是真正的外太空。

在我们的日常学习和生活中比较容易了解到,在航天飞船的发射时所需要的燃料是十分昂贵的,尤其是空间站需要超级多的燃料提供能量才能飞向更为高远的轨道,这对运载火箭的运载能力是极大的考验。

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然而空间站想要去飞得更高的轨道就可能要燃烧加倍的燃料,如若想要把这种超大型的设备带到很高的的高度,一方面来说是没必要,另一方面是成本太高。还会进入范艾伦辐射带,它会对航天员和空间站本身的安全造成威胁。

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最合适的海拔高度

在实际情况中,因为太空和地球的大气层二者之间并没有十分明确的界限,所以随着高度的增加,大气层逐渐变薄。在航空航天的领域里,有着一条十分有影响力的分界线,称国际航空联合会称之为卡门线

100公里的这个高度是属于国际航空联合会用来区分大气层与太空两者之间分界的一个线,在学术上被称为“卡门线”,所以我们可以说卡门线再往上的就是属于太空了

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按照标准,空间站不可以建立在距离地球100公里以内的地方,超过100公里被认为是空间,一般空间实验关注的是接近真空的环境、可以展现出无云层望远镜观测的优势,接近零重力的实验条件等,400公里的高度就够了。

而400公里的位置已经能够尽可能的躲避大气干扰,即使在这样的海拔下空间站的长期运行仍然会受到干扰,但400公里这样的海拔对于空间站的工作环境已经是十分适合的了。

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这种情况下就会有人发言说飞得高点不就可以避开干扰了么?这就要从另一方面讲述。

宇宙中有各种各样的辐射,对于我们人的身体健康有着很大的伤害,但是宇航员由于工作的需求必须在空间站生活较长的时间,而400公里的飞行高度中可以对空间站进行保护,使其避免受到地球磁场的干扰,从而保护宇航员。

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在我们地球附近的磁场中可以掌控一些与来自外太空太阳风的高能粒子产生抗衡的带电电子和离子,运用一些物理的过程方法把来自太阳风的高能粒子注入磁场,再或者还可以加速地球本身自带的带电粒子。

当空间站的天气受到外界干扰的时候,“范艾伦辐射带”会向上或者向下移动膨胀。这个区域里有非常高能量和密度的带电粒子,对在里面飞行的飞行器、空间站、航天员和人造卫星等的危害很大。

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空间站飞行过高的影响

更要注意的是由于地磁场本身不对称,在南大西洋(附近可以也称为“百慕大”)上空形成的地磁场形状致使这一带的辐射带高度与其他地区相比较可能较低,有干扰时有可能只影响1000公里左右的高度。

因此空间站飞得越高就有越容易进入到辐射带中,就有可能让空间站就会受到带电粒子的影响。

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还有一个方面就是需要定时补给物资到空间站中,这些物资有的是需要用来维修和研究,有的是航天员的一些日常用品。

众所周知,每一次物资供应都需要花很多钱,还有飞行的高度与话费的钱成正比。这样来看在400公里左右的飞行高度还是比较省钱的,因为在太空站生存物资使用的周期比较短,供应物资次数较多,如果每次成本都很高,这种“烧钱”的方式是不行的。

当然还有一个原因是要考虑到空间站的运行轨道了,空间站的轨道和卫星等其他的设备轨道不一样,在选择上也更讲究,原因是因为在整个工作期间,空间站里有宇航员的工作生活休息,如果你选择的轨道十分不规则不平滑,那宇航员就会受到轨道的很大影响。

总的来说,综合各方面的效应后觉得空间站建立在距离地球400公里的位置飞行才是比较稳妥的方案。

至于“飞得越高越好”的观点,是有问题的。就像前面文章解释的那样,飞得越高,可能就会脱离地球磁场的保护,面临各种宇宙辐射。

太阳正面对着地球的磁层在太阳活动剧烈时也可能被压缩到3万公里左右,这时空间站正在众多太阳风的高能粒子中受到冲击。这样不仅仅对于宇航员来说有着健康生命的胁迫,还会对仪器设备有一定程度的损坏。

一旦这两种情况发生,所发生的后果将不堪设想,所以空间站飞400公里左右更安全更合适。

结语

截止到2022年,我们还没有任何一名宇航员受到大剂量亦或者全剂量的宇宙辐射,所以现在我们很难下定论说,会给宇航员带来怎么样的在身体上的一些危害,亦或者存在一些后续病症,但是,对我们现在确定的400公里的位置并不是会永久不变的。

换种方法,可能空间站轨道的存在高度也在或多多少的变化。当然不是飞向高处,而是往下掉。因此,如何保持空间站及其轨道的稳定性非常重要。

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