官方白皮书：高海拔的电特性

官方白皮书 : 高海拔的电特性

日期： 2021-10-31

来源：电子创新网

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为何只飞400公里高？太空WIFI怎么用？揭开中国空间站背后的“奥秘”

6月17日，中国空间站天和核心舱迎来首批“太空访客”。当日9时22分，搭载神舟十二号载人飞船的长征二号F遥十二运载火箭，在酒泉卫星发射中心准时点火发射，进入约400公里的预定轨道。约6.5小时后，飞船与天和核心舱进行自主快速交会对接形成组合体。随后，聂海胜、刘伯明、汤洪波3名航天员进驻天和核心舱。

接下来，三位航天员将完成为期3个月的在轨驻留，开展机械臂操作、出舱活动等工作，验证航天员长期在轨驻留、再生生保等一系列关键技术。

2021年6月17日9时22分，搭载神舟十二号载人飞船的长征二号F遥十二运载火箭准时点火发射。人民网记者翁奇羽摄

“太空家园”建设分为几步？

载人航天工程办公室主任助理季启明介绍，空间站建造任务分为关键技术验证和建造两个阶段实施，共规划12次飞行任务，计划2022年前后完成。

其中，关键技术验证阶段规划了6次任务，包括天和核心舱发射、2次天舟货运飞船和2次神舟载人飞船的发射。这一阶段任务主要目的是：验证航天员长期在轨驻留、柔性太阳电池翼、大型柔性组合体控制等关键技术，开展空间科学实验和技术试验，为空间站建造和运营奠定基础。

建造阶段也规划了6次任务，包括问天实验舱、梦天实验舱和2次货运飞船、2次载人飞船发射。这一阶段任务主要目的是：全面完成以三舱为基本构型的空间站在轨组装建造，建成国家太空实验室。

“在这一系列任务中，每次载人飞船发射前先发射一艘货运飞船，运送航天员在轨生活物资等。每次载人飞行任务航天员乘组都是3人，在轨驻留时间为3-6个月。”季启明表示，在此期间，航天员将开展货运飞船物资转移、再生生保系统验证，空间站舱段管理，机械臂操作、在轨维修、出舱活动和舱外操作，以及多领域空间科学实验与技术试验。

空间站完成建造后，将进入为期10年以上的应用与发展阶段。

神舟十二号飞船与天和核心舱交会对接模拟示意图。航天科技集团五院供图

空间站为什么只“飞”400公里高？

空间站又称太空站、航天站，是一种在近地轨道长时间运行、可供多名航天员巡访、长期工作和生活的载人航天器。一般来说，空间站大都在约400公里高度的轨道上运行，比如，我国的天宫一号、天宫二号空间实验室，目前仍在轨运行的国际空间站，以及我们开始建造的中国空间站。

众所周知，航天发射是非常昂贵的。空间站飞往更高的轨道需要消耗更多的能量，对运载火箭的运载能力是一个很大的考验。如果要把成吨的设备携带到较高的高度，一来没有太大必要，二来成本也过于高昂。

实际上，大气是随着海拔增加而逐渐变薄的，太空和地球大气层之间并没有明确、清晰的边界。国际航空联合会将100公里的高度定义为大气层和太空的界线，即“卡门线”，卡门线之外的部分称为太空。一般太空实验所需要的接近真空的环境、无云层遮挡的望远镜观测优势、近乎无重力的实验条件等，400公里高度都可以满足。

此外，这个高度设置，还考虑了航天员和空间站本身的安全问题。

据了解，在地球周围有一个名为“范艾伦辐射带”的空间区域，它大致分成1500-5000公里和13000-20000公里的高度范围，在空间天气扰动的时候还会向上、向下扩张。这一区域有能量非常高、密度也非常大的带电粒子，对在其中飞行的飞行器伤害很大。值得注意的是，因为地磁场本身不是对称的，在南大西洋上方的地磁场形态导致这里的辐射带高度比较低，在有扰动的时候可能只有1000公里高度左右，空间站飞高了就很容易进入辐射带，受到带电粒子的伤害。

综合考量发射成本、观测需求，以及航天员的健康和飞行器、仪器设备的安全等因素，科学家把空间站飞行的高度，设定在400公里附近。

测试中神舟十二号飞船。航天科技集团五院供图

如何克服太空温差、宇宙射线的影响？

和以往神舟载人飞船的任务相比，这次神舟飞船在空间站停留的时间更久，面对的空间环境也更加恶劣。届时，神舟十二载人飞船迎向太阳侧的舱体表面温度将达到90℃，而背向太阳侧的舱体表面温度则达到－30℃。这种温度差将对神舟飞船内部的空气温度造成严重波动，航天员的生活环境与多种精密设备在舱内也会受到影响。除了温度的问题，长时间的太空停留，还会使飞船经历持久的空间高强度紫外照射，以及多种带电粒子配合高速原子氧的不断轰击，材料损耗将非常严重。

因此，给飞船穿一件特制的“外衣”就显得尤为必要了。

如今时隔五年，神舟十二号飞船再一次护送航天员往返天地，与前辈们清一色的灰色外衣相比，它那一身银光闪闪、炫酷时尚的崭新“外衣”不禁让人眼前一亮。

原来，这件靓丽的“外衣”，是由航天科技集团五院529厂历时两年精心研制的一款新型低吸收－低发射热控涂层，它是一种喷涂在航天器外表面的热控制材料。

据了解，这件“外衣”采用了我国以往热控涂层领域中从没有过的类型。它可以通过自身对太阳辐照的低吸收强反射能力，大大减少飞船受太阳长时间辐照的内部温度升温现象，再通过它自身的极低的红外发射特性，在飞船处于背阳面时期减少辐射漏热，大大减缓舱内温度下降速率，起到保温效果。当然，这款“外衣”还要具备抵抗空间中时时刻刻的高能紫外辐照、原子氧轰击以及多种高能粒子与电离辐射的攻击，为神舟十二号载人飞船全方位做到外部保护屏障，可谓是全天时无间断全效防护服。

航天员在组合体舱内。央视画面截图

太空WIFI怎样和地面通信？

据悉，空间站核心舱上已经植入了WiFi，这可以大大提高航天员工作生活便利性和舒适度。

空间站系统副总设计师朱光辰介绍，核心舱采用的情景照明技术和WiFi通信技术，可以让航天员轻松便捷地使用“手机APP”来控制照明设备开关、查询站上物资存储情况。

通过天地通信链路和视频通话设备，空间站还可以实现与地面的双向视频通话和收发电子邮件。

“一般依靠中继卫星来保证空间站和地面24小时不间断的网络连接。美国国家航空航天局、欧空局等都有自己的中继卫星。”中国航天科工二院研究员杨宇光介绍，在我国，空间站和地面通信主要依靠地面测控站、数传接收站和天链中继卫星，其中天链中继卫星能保证不间断通信。

中继卫星也被称为“卫星的卫星”，它可以为卫星、飞船等航天器提供数据中继和测控服务，为中低轨道遥感、测绘、气象等卫星提供数据中继和测控服务，为航天器发射提供测控支持。

2008年至2012年，我国先后发射天链一号01至03星，三颗卫星组网运行，使我国成为世界上第二个拥有对中、低轨航天器全球覆盖能力的中继卫星系统的国家。

2016年，天链一号04星成功入轨并完成在轨测试，与01至03星实现全球组网运行，为我国神舟飞船、空间实验室以及空间站提供数据中继与测控服务，支持空间交会对接等任务。

2019年3月，天链二号01星成功发射，这是我国第二代地球同步轨道数据中继卫星的首发星。它与天链一号卫星系统相互兼容，使我国以数据中继为特征的天基通信基础设施在传输速率、服务数量、覆盖范围等方面进一步提升。

来源：人民网

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