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空间站为什么只飞400公里高,不再飞得高点呢?
发布日期:2021-07-20 来源:文汇报

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图/中国载人航天

  

  空间站(space station)又称太空站、航天站。是一种在近地轨道长时间运行、可供多名航天员巡访、长期工作和生活的载人航天器。一般来说,空间站大都在约400公里高度的轨道上运行,比如,我国的天宫一号、天宫二号空间实验室,目前仍在轨运行的国际空间站,以及未来我们即将开展建造的中国空间站。那么问题来了,空间站为什么只飞400公里高,不飞高点呢?

  

  大家从平时接触到的知识中也很容易知道,航天发射是非常昂贵的。空间站飞往更高的轨道需要提供更多的能量,对运载火箭的运载能力是一个很大的考验。如果要把成吨的设备携带到较高的高度,一来没有太大必要,二来成本也过于高昂。

  

  实际上太空和地球大气层并没有明确的边界,因为大气随着海拔增加而逐渐变薄。国际航空联合会将100公里的高度定义为大气层和太空的界线,即“卡门线”,卡门线外为太空。

  

  100公里高度以上就被认为是太空。一般太空实验所关心的接近真空的环境、无云层遮挡的望远镜观测优势、近乎无重力的实验条件等等,400公里高度都足以满足。

  

  另一方面,还考虑到航天员和空间站本身的安全问题。在地球周围存在的磁场会控制一些带电的电子和离子,与来自太阳风的高能粒子对抗,并且通过一些物理过程注入来自太阳风的高能粒子,或是加速地球周围本身的带电粒子。

  

  在地球周围存在名为“范艾伦辐射带”的空间区域,它大致分成1500-5000公里和13000-20000公里的高度范围,在空间天气扰动的时候还会向上、向下扩张,这里有着能量非常高、密度也非常大的带电粒子,对飞行在其中的飞行器伤害很大。特别的,因为地磁场本身不是对称的,在南大西洋上方(也就是俗称的“百慕大”附近)的地磁场形态导致这里的辐射带高度比较低,在有扰动的时候可能只有1000公里高度左右,空间站飞高了就很容易进入到辐射带当中。

  

  那如果让空间站飞几万公里高呢?地球朝向太阳正面的磁层在太阳活动强烈时也可能压缩到3万公里附近,此时空间站也可能沐浴在太阳风的高能粒子当中。

  

  一旦发生这两种情况,让空间站进入到高能粒子区域,不仅对航天员的生命健康是巨大的威胁,还会伤害仪器设备。因此,空间站飞行在400公里高度附近是比较安全而合适的。