| 太空环境、天体环境与航天器环境 |
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| 2006-06-08 |
宇宙航行是以整个宇宙空间为活动环境的，因此，我们必须对宇宙环境有一定的了解，就像汽车司机要了解道路环境，登山运动员要了解山地环境，航海人员要了解海洋环境一样。
在人类进入太空以前，对太空环境只能进行推测和理论研究。与人类对飞天的向往一样，人们构想了美丽的“天堂”，现在我们知道，如果“天堂”是指太空的话，就生存环境来说，那是极大的谬误。
宇宙大爆炸以后，随着宇宙的膨胀，温度不断降低。虽然有恒星向外辐射热能，但恒星的数量和寿命都是有限的，所以宇宙的总体温度逐渐下降。经过100多亿年的时间，太空已成为高寒的环境。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-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，形成宇宙射线。例如，银河系有银河宇宙线辐射，太阳有太阳电磁辐射、太阳宇宙线辐射（太阳耀斑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，在星际分子云中稍多一些，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1010个氮和氧分子。由此可见，太空还是一个高真空环境。
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、微流星体和流星体。它们具有极大的动能，1毫克的微流星体可以穿透3毫米厚的铝板。
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。这些碎片将在一定时期内继续绕地球飞行，在太空形成“太空垃圾”。太空垃圾的运行速度也较高，对正在使用中的航天器造成潜在的撞击威胁。
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、卫星上的环境各不相同。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，有的没有磁场，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），有的表面温度极高（如金星高达470℃）。而有的表面温度极低（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。
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。航天器在太空的真空中飞行，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，在稠密的大气层中高速穿行，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。超重以地球重力加速度（其符号为g，g=9.8米/秒2）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，为失重环境。而质心以外的航天器上的环境，重力非常低微，则是微重力环境。
失重和微重力环境是航天器上独有的环境。在失重和微重力环境下，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、昂贵药品和工业品等。
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