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*零度的太空如何散熱

印寧華|印寧華|Indining China|

2023-04-06 07:40:42 1017

宇航員的太空服那么厚，是因為要御寒嗎？如果宇宙的溫度極低，為什么身處太空環(huán)境的空間站，不除寒保暖，卻還需要特殊裝置進行散熱呢？今天我們就來聊聊，宇宙的溫度究竟有多低。

宇宙的溫度

很久很久以前，地球還是一顆毫無生命可言的“大火球”，內(nèi)部充滿了巖漿。經(jīng)過數(shù)百億年的演變，地球有了水，大氣和適宜的溫度，才變得如此宜居。詩云“春江水暖鴨先知”，可見溫度總是潛移默化的改變，并無聲無息地影響著地球的環(huán)境。試想如果沒有太陽，為我們提供足夠的熱量，可能地球會像冰藍的天王星和海王星那樣，只是一顆冰封的行星。

那太陽的熱量，是怎樣到達地球的呢？我們知道，熱量地交換和傳遞，一般需要一定的介質(zhì)。固體之間存在熱傳導，而液體和氣體間往往是熱對流。其本質(zhì)，都是通過分子運動實現(xiàn)的熱能傳遞。但是在太空中，空間廣袤無垠，物質(zhì)過于稀少，所以，環(huán)境接近真空。這就使得溫度的傳播和集散，需要通過熱輻射的方式進行傳導。其過程是相當緩慢，所以太陽燃燒了數(shù)億年后，地球才獲得了足以誕生生命的光和熱。

對地球上的人類而言，零下幾十攝氏度已經(jīng)是人類生存的極限，但是放到太空中，這簡直不值一提。因為太空的溫度，是接近*零度（-273.15攝氏度）的。所謂*零度，就是指能夠使理想氣體停止分子運動的溫度。

但是，這是一個相對理想的理論值，因為由于宇宙大爆炸產(chǎn)生了余溫，使得宇宙的溫度得到了一點點提升。所以準確地說，太空的溫度應該是零下270.4度左右。在如此冷酷的環(huán)境下，人類又是如何遨游太空，并在大氣層外建立空間站，長期停留和生存的呢？

低溫下運轉(zhuǎn)的空間站

一天內(nèi)，就能經(jīng)歷16次日出日落的空間站，在太空是如何運轉(zhuǎn)的？空間站的運轉(zhuǎn)會產(chǎn)生熱量嗎？自從上世紀人造衛(wèi)星上天后，人類對太空的探索活動，就頻繁開展起來。載人航天技術的發(fā)展，使得地球大氣層外的人類活動得以實現(xiàn)。各國航空航天技術的內(nèi)卷，使得人類迫切地想擴大各自在太空的影響力。

國際空間站應運而生。念及零下270.4度的宇宙低溫，有人會問，不同于“短暫的”載人飛行，想要長久地在太空運行，一定要首先考慮如何克服宇宙低溫吧？其實相對于低溫，其實空間站更怕的是高溫！這是因為，太陽的熱輻射是源源不斷的。即便是在大氣層之外，我們也還是處在太陽系中，距離地球相對較近的位置內(nèi)。雖然當空間站漂浮于地球陰面，要面對零下157攝氏度的嚴寒。

但更多的時候，空間站還是要面朝太陽，接受高達121攝氏度的陽光洗禮。由數(shù)以萬計的零部件構成的空間站，工作運轉(zhuǎn)時，就會產(chǎn)生大量的熱量。但是因為太空中的熱輻射效率很低，所以這些熱量并不容易在真空狀態(tài)下散發(fā)。一旦溫度得不到調(diào)節(jié)，空間站的設備就很有可能遭到損壞。要知道，雖然溫度有*零度的下限，但是卻無明確的上限。也就是說，不光成百上千攝氏度的高溫存在，而且?guī)兹f幾十萬攝氏度的高溫也不是不可能！

所以空間站不但要保溫，更要想辦法隔熱，否則空間站可能隨時面臨空中解體的風險，宇航員們的生命安全，也會受到嚴重威脅！那空間站是怎樣克服散熱難題的呢？空間站如何散熱
太空那么冷，怎么國際空間站散熱就如此困難？科學家又是利用什么方式，給空間站增加散熱的呢？

其實想想帶有真空夾層的保溫飯桶，你就應該能明白其中的道理。表示物體冷熱程度的溫度，從物理角度說，就是分子或原子熱運動的劇烈程度而已。熱量的傳導必須是在有分子物質(zhì)分布的空間內(nèi)才能進行。

而保溫桶的真空夾層，隔絕了內(nèi)外熱量傳遞的介質(zhì)，所以分子運動停止或減少，從而達到了保溫或保冷的效果。所以反過來思考，吸收熱量需要熱傳遞、熱對流和熱輻射，散熱的方法，便也是這三種。為了對抗宇宙環(huán)境的冷熱，科研人員將一種“多層隔熱層”的高反射層，覆蓋在空間站的外部，避免了過多太陽輻射的進入，和空間站飛入地球陰影后的相對低溫。

除此之外，科學家還采取了更加主動的散熱方式。不同于電腦主板散熱的小風扇，和汽車散熱的水冷系統(tǒng)，因為太空中既沒有空氣，也沒有水，所以科學家們便想到了，用加速熱輻射的方式，依靠電磁波傳遞熱量進行主動散熱。

其具體做法是，在熱輻射緩慢熱量的同時，依靠艙體傳導部分熱量到陰面，并增加熱對流。

同時，科學家還將冷卻液流動管道，安裝在了空間站的內(nèi)部。當循環(huán)的冷卻液，流經(jīng)設備發(fā)熱的位置時，便可以吸收并帶走這些熱量。然后，將其傳送至空間站外部散熱片上，再通過熱輻射的方式，將熱量傳遞到太空中。

那空間站的熱量，又散到哪里去了呢？因為熱量總是由溫度高的地方，向溫度低的地方傳遞，所以即便宇宙空間的物質(zhì)存在確實十分稀少，接近真空，可也不是一點沒有。

有科學家發(fā)現(xiàn)，在宇宙中除了已知存在質(zhì)量的物質(zhì)，還有近95%，是肉眼不可見的暗物質(zhì)和暗能量。這些物質(zhì)和能量，是否也存在熱量和能量的傳導，我們尚且不得而知，但是密度差的存在，必然會令空間站散失的熱輻射，最終會散失到宇宙空間內(nèi)，以趨近于平均。

所以雖然宇宙中溫度極低，但是空間站依然要在太空，做好散熱工作。

地球之外，宇宙空間站的興起，為我們提供了越來越多大氣層外的信息，我們的宇宙探索之旅將不斷前進。

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