神奇的太空環境

李鑫馳

千百年來，浩瀚無際的太空留給人們無盡的遐想，其中不乏奇幻美妙的，比如嫦娥奔月，也有駭人聽聞的，比如天狗吃月亮。無論是哪一種遐想，其根本原因就是人們對太空的了解太少了。如果是在幾百年前，不了解太空也無所謂，戲說一下也無妨，所以，就有了四大名著之一的《西游記》，它將神秘的太空想象成了一群無所不能的神仙們悠閑生活的地方。

太空在哪里

從1957年10月4日第一顆人造地球衛星被送入太空以后，太空探索就逐漸進入了我們的世界。直到現在，我們離開太空幾乎寸步難行。我們開車出行必備的車載導航儀，用的就是導航衛星;我們天天看的天氣預防，用的就是氣象衛象;就連我們每四年才能看到一次的奧運會，也需要利用電視轉播衛星才能保證我們能夠準時看到現場直播。我們不知不覺已經與太空緊密地聯系在了一起。所以，太空到底什么樣呢？太空中到底又有什么呢？帶著這些問題，我們進入今天的話題——神奇的太空環境。

首先，我們要搞清楚太空在哪兒。大家可能都會指指我們的頭頂上方。對，太空確實就在我們頭頂上，但是，它到底從我們頭頂上的什么地方開始，又到什么地方結束呢？太空與我們通常所說的天空又有什么關系呢？

我們可以這樣說，以大氣層的上邊界為限，可以把天空分為兩個部分，大氣層以里的部分就是我們日常說的“天空”，大氣層以外的部分就稱為“太空”。我們經常提到的衛星、飛船、航天飛機、空間站等等這些航天器就運行在太空這個區域里。

那么，太空的外邊界在哪兒呢？我們人類目前也不知道太空有多大。在這個巨大的黑漆漆的太空中，除了太陽、月亮和數不清的星星以外，到底還有什么東西，這些問題已經困擾了我們人類上萬年，經過一代代人的努力，尤其是人類有了衛星以后，現在我們總算可以不交白卷了。

其實，太空中除了有我們看得見的物體，比如太陽、月亮這些自然天體，以及人造衛星、載人飛船等人造天體以外，還有許多人們看不見的物質，比如電磁輻射、帶電粒子等非常危險的東西。今天，我們先來說說太空環境的幾大要素。

太空環境要素——失重

首先，我們說說“失重”。其實，失重可能是我們人類最先感受到的。為什么這么說呢？

乍看起來，航天員的太空生活與地面上差不多，最大的不同就是，他們總是飄在空中，其實，不光是航天員，空間站里的一切物品如果不固定起來的話，都會像航天員一樣飄在空中，這種現象就是失重。

失重狀態在地面上是很難實現的，因為無論我們走到哪里，都有東西支撐著我們。我們站在地上，地面會給我們一個向上的支撐力與我們自身向下的重力相平衡;如果我們坐在椅子上，椅子也會給我們一個向上的支撐力與我們自身向下的重力相平衡。所以說，如果一個人走著走著，突然踩空墜落，那么他就失重了。如果我們想體驗一下失重的話，可以去跳傘或玩蹦極。

失重環境對于航天員的身體健康是非常不利的，飛船剛剛入軌進入失重狀態時，大多數航天員都會產生一種“本末倒置”的錯覺。

除了這些航天員能夠感覺到的不舒服以外，失重還會引起航天員心血管功能的下降，而這些更是隱形殺手。在空間站中一待就是幾個月的航天員，剛返回地球時甚至要用擔架抬著才行。為了盡量減少失重對航天員的不利影響，在太空飛行過程中會對航天員采取很多防護措施，比如：安排合理的作息制度，改善飲食，增加營養，配備一些藥物以及特殊的航天服，等等。

太空環境要素——大氣

第二個太空環境要素是“大氣”。說到這里，一定有人會奇怪：太空中不是沒有空氣嗎？其實，太空中不是沒有空氣，而是空氣稀薄而已，稀薄到了我們人類不能在太空中直接進行呼吸的地步。

距離地面越高，大氣越稀薄。也就是說，隨著海拔的增加，大氣密度會減小，當海拔升到100千米時，大氣密度只有海平面附近大氣密度的萬分之一;而當海拔升到300千米時，大氣密度就只有海平面的百億分之一了;如果繼續上升，到了600千米海拔時，大氣就會更加稀薄，甚至可以忽略不計了。

對于我們人類而言，大氣可是我們的保護傘，那么，太空中的大氣對于航天器甚至航天員來講是否也是“正能量”呢？目前看來，可能要讓大家失望了。因為太空中的大氣除了可以使低軌道的空間垃圾加速隕落以外，好像就沒有什么作用了。那么，太空中的大氣到底對航天器有什么不好的影響呢？

拿大氣阻力來說，按照我們通常的認識，阻力會使汽車減速，對于航天器也是一樣，在低軌道運行的航天器受到大氣阻力的作用，它的運行高度會不斷降低。隨著時間的推移，航天器運行時軌道高度會越來越低，大氣密度卻越來越大，阻力也會增大，最終航天器就會一頭扎入大氣層，沖向地球，就像一顆隕石一樣，要么是在大氣層中燒毀，要么是在撞擊地面時粉身碎骨。

太空環境要素——真空

“真空”這個詞，我想大家應該都聽說過，比如，醫生打針用的針管，堵住針孔，朝上一抽，我們就認為針管中就成真空了;還有我們經常把一些誰都不管的地帶稱為“真空地帶”。在我們的印象里，“真空”就代表著什么都沒有的意思。

下面，我們先來看看真空環境對航天器的影響。第一種影響就是排氣。在航天器的制造過程中不小心會混入一些小氣泡，就像我們給手機貼膜的時候，一不小心就會在手機膜下方留有小氣泡一樣。如果到了真空環境中就不行了，因為在真空中壓強幾乎為零，這樣就會導致氣泡內外的壓力不平衡，在真空環境中這些小氣泡就會破裂，就像吹氣球把氣球吹炸了一樣。一般情況下，排氣不是什么大問題。但是，如果排氣現象出現在鏡頭等一些精密儀器上，就會造成成像的清晰度降低等問題，從而影響航天器的使用。所以，航天器制造時會在地面上人為營造一種近似真空的環境，再將航天器的各種關鍵部件放到這個模擬的真空環境中進行測試，以確保航天器在進入太空后盡量不出現排氣現象。

那么，第二種負面影響又是什么呢？我們知道，熱傳遞一般有三種方式，就是傳導、對流和輻射。這三種方式在地面上都可以發生，但是，在真空環境中，由于缺少了空氣這種介質，在真空環境中，由于缺少了空氣這種介質，在真空環境中只剩下一種熱傳遞方式，就是輻射。輻射會使得航天器的表面形成巨大的溫差。

航天器上裝有許多精密的儀器設備，如果不能把航天器的溫度控制在一個合適的范圍，這些設備就無法正常工作。所以，對航天器進行及時的降溫和保溫是非常重要的。那么，怎么進行溫控呢？通常有兩種方式，一種是主動的，一種是被動的。所謂主動的方式就是給航天器裝一個冷熱兩用的空調，必要時給航天器加溫或者降溫就行了。

第二種方式，就是給航天器加裝一個百葉窗，打開百葉窗可以通風，合上百葉窗又可以遮擋陽光。與人們日常用的百葉窗不同，航天器的百葉窗就巧妙在它的調節部件。這個部件由一種特殊的材料制成，這種材料的特殊之處就在于它對熱量非常敏感，一旦在太陽光的照射下受熱，它就會膨脹，從而打開百葉窗，讓航天器進行散熱;相反，一旦到了太陽光照不到的地方，它就會收縮，從而關閉百葉窗，對航天器進行保溫。是不是很奇妙？

溫樹爽 薦自《我們愛科學》