空間站為啥不建在月球上

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時(shí)間運(yùn)行、可同時(shí)供多名宇航員（中國為航天員）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”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“國際空間站”和“中國空間站”。

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

國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、對接過渡艙，以及太陽電池等部分組成，長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。國際空間站作為一個(gè)實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行過與天文學(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)對地球進(jìn)行重要的觀測。

2021年4月29日，隨著“長征五號”B遙二運(yùn)載火箭將中國空間站天和核心艙順利送入太空，中國空間站拉開建造大幕。中國空間站以天和核心艙、問天實(shí)驗(yàn)艙和夢天實(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)志著中國人首次進(jìn)入自己的空間站。中國空間站的定位是國家未來的空間實(shí)驗(yàn)室，主要是為了解決人類長期在空間飛行的關(guān)鍵技術(shù)。

400千米的奧秘

國際空間站和中國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，會對空間站產(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。

客觀來講，大氣層和太空并沒有明顯的分界線，國際航空聯(lián)合會把100千米的高度定義為大氣層和太空的分界線，這個(gè)分界線叫作卡門線。高于卡門線就屬于太空，而低于這個(gè)高度就是大氣層。問題又出現(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，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)鏡的觀測優(yōu)勢也凸顯不出來，同時(shí)這里不屬于無重力的實(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，太陽還會時(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)榈厍蛴写艌觯瑤щ娏Ｗ釉诖艌鲋袝D(zhuǎn)，使得地球表面不會受到影響。但是這個(gè)磁場的范圍不夠大，有些地方的磁場高度才1 000千米左右。所以，空間站的位置不能超過1 000千米的高度。這樣來看，400千米的高度就有很強(qiáng)的說服力了。

為啥不建在月球上

很多人有疑問，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，空間站不就會更加穩(wěn)定了嗎？

其實(shí)，這是因?yàn)槿祟惸壳斑€沒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，只有美國實(shí)現(xiàn)過人類登月。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，比如說水。雖然經(jīng)探測證實(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，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很大的麻煩。月塵易于帶電，并可以在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)保持帶電。因此，月塵顆粒在光電效應(yīng)、太陽風(fēng)輻照作用下帶電之后，可長時(shí)間飄浮并移動。著陸器著陸、人員走動、月球車行走，都會造成塵埃飛揚(yáng)，而且被月球塵埃粘住之后，很難清除掉。

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

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

回收問題也是需要考慮的。空間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，空間站在飛行的過程中會受到阻力，空間站最終墜落到地球上。如果在月球上，根本無法實(shí)現(xiàn)回收。

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

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。