天然的空间站月球,中国空间站的轨道高度为什么要定在400公里

定在距离地面400公里高度天然的空间站月球,是有重大原因的!

天然的空间站月球,中国空间站的轨道高度为什么要定在400公里

空间站之所以都是在400公里高度左右,是综合考虑的结果,要考虑到发射成本以及方便沟通等等环节,因此400公里是目前空间站所处的最佳位置。

天然的空间站月球,中国空间站的轨道高度为什么要定在400公里

我们的地球是由大气层所包围的,这是一层因为地球引力而依附的混合气体,包围着地球,它整体厚度在1000千米左右,越往上越稀薄,根据大气层的表现情况不同,我们又将大气层分为对流层,平流层,臭氧层,中间层,热层和散逸层。散逸层在向上,也就是我们俗称的外太空。

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热层呢,也叫做暖层,又叫做增温层,它位于中间层和散热层之间,厚度有大约400千米,我们的空间站就处在这个热层里。

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天然的空间站月球,中国空间站的轨道高度为什么要定在400公里

01.空间站处在热层之中,方便和地球沟通

天然的空间站月球,中国空间站的轨道高度为什么要定在400公里

距离地球80千米以上,480千米以下的大气层,我们称之为热层,这个空间之中因为接受太阳的短波辐射,拥有很多游弋的电离子,电离层也就是在这个环境之中。

热层中因为有丰富的电离子,空气中富含非常多的电子能量,这个能量是一个反射无线电波的,因此在这个环境当中,无线电传输的速度和功率都很大,人们可以在这个环境当中做远距离传输。利用这个特性,我国空间站已经实现了WiFi全覆盖,休息的时候宇航员们甚至可以打打游戏,玩玩吃鸡。

此外,热层之所以叫做热层,是因为它的温度很高,太阳活动强的时候温度最高可以达到2000k(1726.85 摄氏度),温度高有利于航天器元器件的运行,温度太低是非常容易破坏元器件的。

02.空间站在400公里高度运行,有利于发射时节约成本

发射火箭的成本是非常高的,日本的H-2A型火箭,每次发射是需要花费10.3~11.7亿元的,美国的德尔塔-4型火箭,发射一次的成本在9.64亿元。俄罗斯的质子号火箭,发射一次的成本在6.2亿元。

运载火箭的发射成本包括推进剂成本,发射场地成本,各种人力成本测试成本等等,其中推进剂的成本是大头。运载火箭是以燃烧产生的热气流推进,利用反向力前进,推进剂的构成是燃烧剂和氧化剂结合的,在没有氧气的太空中依然能够前进,成本不低。

400公里的高度,携带的推进剂并不是很多,发射成本会低很多,同样重的推进剂会携带更多的货物,有利于空间站的运行。

我国对于太空的建设,起步比较晚,如何降低成本做更多的实验,是现如今我们需要考虑的问题,也是全世界都在考虑的问题。

很多人在这里不免又有一些疑问,为了节省推进剂,轨道的高度为什么不低一些呢。

这里就要说到地球的引力,航天器无时无刻受到引力的吸附,为了保持在天上的高度,空间站需要很快的速度来运摆脱引力,但保持速度需要燃料,这个消耗也是非常庞大的。轨道高度低,摩擦力大,消耗的燃料会更多,因此400公里的高度是综合考虑以后的结果。

这里就不得不提一下我国空间站携带的霍尔推进器了,它是利用电产生离子电流,形成电场,利用电磁场的力量,让电离子高速喷出,产生推力。曾经的霍尔推进器产生的推力比较小,如今经过我国科研人员的攻关,已经可以产生1牛的推力了,不要小看一牛推力,虽然只有9.8公斤,但是在真空坏境里足以把航天器推到火星上。

03.空间站400公里的高度上,可以躲避范艾伦辐射带

范艾伦辐射带是美国物理学家詹姆斯·范艾伦在1958年发现的,他认为在地球大气层中包围着很多高能粒子辐射,呈带状分布,这些粒子是由地球引力捕获的,对航天器和卫星有很大的危险性,因此全世界都有一个共同的认知,就是航天器一定要规避这些高能粒子,在他们的缝隙中活动。

一般认为,范艾伦辐射带分为内外两段,内带在1500到5000千米,外带在13000到20000千米,我们的航天器在夹缝中活动就好。

实际上,国际空间站和咱们的中国空间站,运行轨道也并不是一成不变的,环绕地球有很多太空垃圾,我们的空间站随时都要做好变轨的准备,中国空间站核心舱一共配置了30台发动机,其中有22台小型的发动机是用来控制在太空中航天器姿态的,还有4台大功率霍尔推进机,用来给空间站增加运行速度,防止被地球引力捕捉的,还有4台大推力发动机是用来变轨的。

总之,空间站在400千米高空的轨道上运行,是有一定依据的,是结合了经济,安全,沟通等等于一体才做错的最佳决定,当然了,历史上也有不在这一高度运行的空间站,苏联礼炮系列空间站运行高度就在200千米左右,苏联的和平号空间站在300多千米的轨道运行15年。

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2022-06-11

2022-06-11