空間站是一種可供航天員在太空中長時(shí)間駐留的航天器，也被譽(yù)為人類探索宇宙深空的“前哨站”，自從1971年以來，人類已成功地向太空發(fā)射了12個(gè)空間站，按照時(shí)間順序，它們分別是：禮炮1號，天空實(shí)驗(yàn)室，禮炮3號、4號、5號、6號和7號，和平號，國際空間站，天宮1號，天宮2號，中國空間站。
從整體上來看，這些空間站都有一個(gè)相同的特點(diǎn)，那就是它們的運(yùn)行高度通常都是在400公里左右，這就有點(diǎn)令人感到好奇了，空間站為何只在400公里的高度運(yùn)行？再飛高一點(diǎn)會(huì)怎么樣呢？下面我們就來聊一下這個(gè)話題。
從理論上來講，空間站只需要達(dá)到了“第一宇宙速度”，那么在沒有阻力的情況下，空間站就可以僅憑自身的慣性一直圍繞著地球運(yùn)行，而不需要額外的動(dòng)力，這無疑是非常好的運(yùn)行方式。
然而地球有一個(gè)大氣層，當(dāng)物體在其中飛行時(shí)，就會(huì)遇到來自空氣的阻力，那空間站是如何解決這個(gè)問題的呢？答案當(dāng)然就是往上飛。
實(shí)際上，地球大氣層中的空氣分布得非常不均勻，測量數(shù)據(jù)顯示，大氣層中有大約97%的空氣都分布在平流層以下，而隨著高度的增加，空氣的密度還會(huì)指數(shù)級地下降。
在距離地面400公里的高度上，空氣已經(jīng)變得極為稀薄，其產(chǎn)生的阻力可以說是微乎其微，所以空間站運(yùn)行在這里，只需要每隔一段時(shí)間消耗一點(diǎn)點(diǎn)燃料進(jìn)行輕微的軌道修正，就可以僅憑自身的慣性一直圍繞著地球運(yùn)行。
與此同時(shí)，400公里的高度也足以滿足太空科研的需求，比如說沒有云層遮擋（對于宇宙深空）、足夠大的觀測范圍（對于地面）、接近真空的環(huán)境等等。
那空間站為什么不飛得更高一點(diǎn)呢？這主要有兩個(gè)原因，首先就是成本問題，其實(shí)這很好理解，畢竟空間站需要持續(xù)的補(bǔ)給，還需要“接送”航天員，如果再飛高一點(diǎn)，每次發(fā)射都會(huì)消耗掉更多的燃料，所以從成本的角度來看，我們只需要將空間站送到一個(gè)合適的高度就可以了，而不必追求飛得更高。
還有一個(gè)原因就是“范艾倫輻射帶”的威脅，簡單來講，“范艾倫輻射帶”就是位于地球附近空間的高能粒子輻射帶，從整體上來看，它分為內(nèi)外兩層，內(nèi)層中高能質(zhì)子居多，其高度通常在1500至5000公里之間，外層中高能電子居多，其高度通常在1.3萬至2萬公里之間。
“范艾倫輻射帶”中的帶電粒子主要來自太陽風(fēng)，在它們被地球磁場捕獲之后，就會(huì)在“范艾倫輻射帶”的兩個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)之間來回運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而形成高能粒子輻射帶，由于太陽風(fēng)的強(qiáng)度并不是一成不變的，因此當(dāng)太陽風(fēng)變強(qiáng)的時(shí)候，“范艾倫輻射帶”的范圍也會(huì)隨之增加。
另一方面來講，地球的磁場也不是完全對稱的，比如說在南大西洋的上空，地球磁場的形態(tài)就會(huì)導(dǎo)致“范艾倫輻射帶”的高度更低一點(diǎn)。
“范艾倫輻射帶”中相對密集的高能帶電粒子可能會(huì)對空間站的太陽能電池、集成電路、傳感器等等設(shè)備造成損害，更重要的是，高能帶電粒子還可能從分子層面對生命有機(jī)體造成危害，因此為了保證航天員以及儀器設(shè)備的安全，空間站必須要在遠(yuǎn)離“范艾倫輻射帶”的區(qū)域中運(yùn)行。
相對而言，400公里的高度就可以說是非常理想了，就算是“范艾倫輻射帶”因?yàn)樘栵L(fēng)或者地球磁場的形態(tài)出現(xiàn)了大幅度的擴(kuò)張，也不至于擴(kuò)張到這個(gè)高度。
綜上所述可知，空間站的運(yùn)行軌道既不能太低，也不能太高，如果低了就不能夠滿足太空科研的需求，同時(shí)還會(huì)遇到更強(qiáng)的空氣阻力，而如果高了則會(huì)使空間站的運(yùn)行成本大幅增加，同時(shí)還可能會(huì)遭到“范艾倫輻射帶”中的高能粒子的侵襲，綜合考慮之下，人們就將空間站的運(yùn)行高度設(shè)定在400公里左右。
好了，今天我們就先講到這里，歡迎大家關(guān)注我們，我們下次再見。
