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孜孜给您带路

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日志

 
 

太空  

2008-10-01 19:34:38|  分类: 天文 |  标签: |举报 |字号 订阅

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[转]太空 - 孜孜 - 孜孜给您带路

太空环境简介  

宇宙大爆炸以后,随着宇宙的膨胀,温度不断降低,现在,太空已成为高寒的环境,平均温度为零下270.3℃。

  在太空中,各种天体也向外辐射电磁波,许多天体还向外辐射高能粒子,形成宇宙射线。如太阳有太阳电磁辐射,太阳宇宙线辐射和太阳风,太阳宇宙线辐射是太阳在发生耀斑爆发时向外发射的高能粒子,而太阳风则是由日冕吹出的高能等离子体流。

  许多天体都有磁场,磁场俘获上述高能带电粒子,形成辐射很强的辐射带,如在地球的上空,就有内外两个辐射带。由此可见,太空还是一个强辐射环境。

  太空还是一个高真空,微重力环境。重力仅为百分之一到十万分之一g (g-重力加速度) ,而人在地面上感受到的重力是1g。

太空的界限划定  

物理学家将大气分为5层:

  对流层(海平面至10千米)、平流层(10~40千米)、中间层(40~80千米)、热成层(电离层,80~370千米)和外大气层(电离层,370千米以上)。

  地球上空的大气约有3/4在对流层内,97%在平流层以下,平流层的外缘是航空器依靠空气支持而飞行的最高限度。

  某些高空火箭可进入中间层。人造卫星的最低轨道在热成层内,其空气密度为地球表面的1%。

  在1.6万千米高度空气继续存在,甚至在10万千米高度仍有空气粒子。从严格的科学观点来说,空气空间和外层空间没有明确的界限,而是逐渐融合的。

  联合国和平利用外层空间委员会科学和技术小组委员会指出,目前还不可能提出确切和持久的科学标准来划分外层空间和空气空间的界限。近年来,趋向于以人造卫星离地面的最低高度(100~110)千米为外层空间的最低界限。

太空环境特点  

据第一段说:“自宇宙大爆炸以后,随着宇宙的膨胀,温度不断降低。”虽然随后有恒星向外辐射热能,但恒星的数量是有限的,而且其寿命也是有限的,所以宇宙的总体温度是逐渐下降的。经过100多亿年的历程,太空已经成为高寒的环境。对宇宙微波背景辐射(宇宙大爆炸时遗留在太空的辐射)的研究证明,太空的平均温度为零下270.3℃。

  在太空中,不仅有宇宙大爆炸时留下的辐射,各种天体也向外辐射电磁波,许多天体还向外辐射高能粒子,形成琮宙射线。例如,银河系有银河宇宙线辐射,及阳有太阳电磁辐射、太阳宇宙线辐射(太阳耀班爆发时向外发射的高能粒子)和太阳风(由太阳日冕吹出的高能等离子体流等。许多天体都有磁场,磁场俘获上述高能带电粒子,形成辐射性很强的辐射带,如在地球的上空,就有内外两个辐射带。由此可见,太空还是一个强辐射环境。宇宙大爆炸后,在宇宙中形成氢和氦两种元素,其中氢占3/4,氦占1/4。后来它们大多数逐渐凝聚成团,形成星系和恒星。恒星中心的氢和氦递次发生核聚变,生成氧、氮、碳等较重的元素。在恒星死亡时,剩下的大部分氢和氦以及氧、氮、碳等元素散布在太空中。其中主要的仍然是氢,但非常稀薄,每立方厘米只有0.1个氢原子,在星际分子区中稍多一些,每立方厘米约1万个左右。我们知道,在地球大气层中,每立方厘米含有10个氮和氧分子。由此可见,太空是一个高真空环境。

  太空环境除有超低温、强辐射和高真空等特点外,还有高速运动的尘埃、微流星体和流动星体。它个具有极大的动能,1毫克的微流星体可以穿透3毫米厚的铝板。

天体上的环境与太空环境比较  

随着航天事业的发展,在太空中废弃的人造地球卫星等航天器也逐渐增多,还有进入轨道的上面级火箭。它们有的被人为遥控炸毁,有的自行分裂成碎片。这些碎片将在一定的时间内继续绕地球飞行,在太空形成新的环境特点,即“太空垃圾”。太空垃圾的运行速度也较高,对使用中的航天器造成撞击威胁。地球之外各天体上的环境,不像太空空间环境那样千篇一律。就太阳系来说,各行星、卫星上环境也很不相同。它们有的没有大气(如水星、月球),有的有稀薄的大气如火星),有的有浓密的大气(如金星、木星),而大气的成份也各不相同,如金星大气主要是二氧化碳,木星大气主要是氢,有的有磁场,有的有固体表面(如水星、金星、火星、月球),有的没有固体表面(如木星、天王星、海王星),有的表面温度很高(如金星高达470℃),有的表面温度极低(如冥王星最低达-253℃),彗星则完全是尘埃冰块组成的,如此等等。需要对具体天体,具体分析。

航天器独特的环境  

在太空飞行的航天器,除遇到上述自然环境外,还有独特的诱导环境,即在太空环境作用下、航天器某些系统工作时所产生的环境。它主要有以下几种。

  极端温度环境。航天器在太空真空中飞行,由于没有空气传热和散热,受阳光直接照射的一面,可产生高达100℃以上的高温。而背阴的一面,温度则可低至 -100℃~ -200℃。

  高温、强振动和超重环境。航天器在起飞和返回时,运载火箭和反推火箭等点火和熄火时,会产生剧烈的振动。航天器重返大气层时,高速在稠密大气层中穿行,与空气分子剧烈摩擦,使航天器表面温度高达1000℃左右。航天器加速上升和减速返回时,正、负加速度会使航天器上的一切物体产生巨大的超重。超重以地球重力平均加速度(其符号为"g",g 约为9.8米/平方秒 )的倍数来表示。载人航天器上升时的最大超重达8g,返回时达10g,卫星返回时的超重更大些。

  失重和微重力环境。航天器在太空轨道上作惯性运动时,地球或其他天体对它的引力(重力)正好被它的离心力所抵消,在它的质心处重力为零,即零重力,那里为失重环境。而质心以外的航天器上的环境,则是微重力环境,那里的重力非常低微。

  失重和微重力环境是航天器上最为宝贵的独特环境。在失重和微重力环境中,气体和液体中的对流现象消失,浮力消失,不同密度引起的组分分离和沉浮现象消失,流体的静压力消失,液体仅由表面张力约束,润湿和毛细现象加剧等等。总之,它造成了物质一系列不可捉摸的物理特性变化,提供了一种极端的物理条件。利用这些地面上难得的环境条件,可进行许多地面上难以进行的科学实验,生产地面上难以生产的特殊材料、昂贵药品和工业产品等。

神七飞行期间太空环境整体良好

  中国科学院空间环境研究预报中心经过5个多月的精确计算与分析,认为神舟七号载人航天飞行期间太空环境整体良好。

  空间环境分析预报显示,近两到三年都处于太阳活动低年时期,太阳没有大的能量释放与爆发,地球空间也相对平静,适合开展载人航天活动。

  对于将于25日发射的神舟七号载人飞船,一个好的空间环境是非常关键的。如果遇到高能粒子辐射、低磁场等灾害性空间环境事件,航天员的生命安全将受到威胁。

  针对神七飞行,中国科学院空间环境研究预报中心主任龚建村介绍说,空间环境受多方面因素影响,其中最主要的自然因素是太阳活动。每隔11年太阳会从活动频繁到相对平静的状态相互转换,在太阳活动频繁的时期,会突然发生空间环境灾害性事件。

  中国科学院空间环境研究预报中心提前5个月就开始对空间环境进行综合分析并进行预报,在工程选择的范围内推荐和建议任务时段。

  如果确实出现恶劣的太空环境,预报中心会建议缩短或改变任务时间,甚至取消任务。

  2008年4月底,预报中心做了第一次预报,此后他们对预报不断修正,临近飞船发射时,预报频率加大到每天一次。

  龚建村说:“从神一到神六,每次都是这样做的,因为越接近任务时间,预报结果越准确,所以必须不断修正预报结果。”

  龚建村还介绍,现在是太阳活动低年,按照11年一个周期来计算,接下来太阳活动就会上升到高年。这也就意味着未来载人航天的很多任务要面临更恶劣的环境,那个时候空间环境保障任务就会变得更加艰巨。

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