空間站為什麼只飛400公里高 不再飛高些?(圖)


太空站
圖為俄羅斯聯盟號宇宙飛船2018年10月4日與國際空間站脫離後,宇航員從飛船上拍攝的國際空間站照片。(圖片來源:NASA)

【看中國2021年7月22日訊】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。那麼空間站為什麼只飛400公里高,不飛高點呢?

飛的太高 成本過高

大家從平時接觸到的知識中也很容易知道,航天發射是非常昂貴的。空間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。如果要把成噸的設備攜帶到較高的高度,一來沒有太大必要,二來成本也過於高昂。

實際上太空和地球大氣層並沒有明確的邊界,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為是太空。一般太空實驗所關心的接近真空的環境、無雲層遮擋的望遠鏡觀測優勢、近乎無重力的實驗條件等等,400公里高度都足以滿足。

輻射帶影響航天員生命健康

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,與來自太陽風的高能粒子對抗,並且通過一些物理過程注入來自太陽風的高能粒子,或是加速地球周圍本身的帶電粒子。

在地球周圍存在名為「範艾倫輻射帶」的空間區域,它大致分成1500-5000公里和13000-20000公里的高度範圍,在空間天氣擾動的時候還會向上、向下擴張,這裡有著能量非常高、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。特別的,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)的地磁場形態導致這裡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中。

那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的高能粒子當中。

一旦發生這兩種情況,讓空間站進入到高能粒子區域,不僅對航天員的生命健康是巨大的威脅,還會傷害儀器設備。因此,空間站飛行在400公里高度附近是比較安全而合適的。

責任編輯:江雪

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