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答：空间站干嘛只飞400公里高，不飞高点？

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空少问答
小课堂
第153期
06
月
081
日
周
一
答：空间站干嘛只飞400公里高 ， 不飞高点？
上周六 ， 空少为大家留了1个问题 ， 来看看空少的解答以及从留言中选出的最佳答案吧！
答：空间站干嘛只飞400公里高，不飞高点？
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空少正解
上期我们讲到 ， 不久前 ， SpaceX公司使用“猎鹰9号”火箭发射的“龙”飞船经过约19个小时的飞行后 ， 于北京时间5月31日22时16分抵达约400公里高度的国际空间站 ， 并开始进行对接 。 北京时间6月1日凌晨1点2分 ， 国际空间站迎来了两位新成员——道格拉斯·赫尔利（DouglasG.Hurley）和罗伯特·本肯（RobertL.Behnken） 。 这是自2011年航天飞机停运以来首次有宇航员在美国本土升空 ， 同时也是历史上首次由私人公司将宇航员送入太空 。 载人航天是航天领域难度最高的任务 ， 此前只有三个国家苏联/俄罗斯、美国和中国拥有这项技术 。
答：空间站干嘛只飞400公里高，不飞高点？
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赫尔利（右一）和本肯（右二）进入国际空间站（来源：https://pics4.baidu.com/feed/4a36acaf2edda3cc27bce5bef461f907203f9267.jpeg?token=4fd6586fddf946485188bcdbdfd46626）
国际空间站飞行在约400公里高度的太空中 ， 其实其他的空间站的飞行高度也差不多 ， 比如我们国家的天宫 。 那么问题来了 ， 空间站干嘛只飞400公里高 ， 不飞高点呢？
空间站（spacestation）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 。 因此 ， 比起一般执行任务的卫星或小探测器 ， 它的结构不可避免的要复杂的多 ， 像是国际空间站大概有一个足球场那么大 ， 质量将近420吨 。 大家从平时接触到的知识中也很容易知道 ， 航天发射是非常昂贵的 ， 比如今年曾经发生过的4000万元卖火箭的广告 。 假如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 。 关注我们空少课堂的朋友们大概还记得100公里高的“卡门线” ， 它指的是由于物理性质的特征 ， 100公里高度以上/p>
答：空间站干嘛只飞400公里高，不飞高点？
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国际空间站照片 ， 由发现号航天飞机拍摄（来源：https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d7/STS-133_International_Space_Station_after_undocking_5.jpg/800px-STS-133_International_Space_Station_after_undocking_5.jpg）
而另一方面也同样是选择不飞得更高的重要原因 ， 就是航天员和空间站本身的安全 。 在地球周围存在的磁场会控制一些带电的电子和离子 ， 与来自太阳风的高能粒子对抗 ， 并且通过一些物理过程注入来自太阳风的高能粒子 ， 或是加速地球周围本身的带电粒子 。
在地球周围存在名为“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 ， 这里有着能量非常高、密度也非常大的带电粒子 ， 对飞行在其中的飞行器伤害很大 。 特别的 ， 因为地磁场本身不是对称的 ， 在南大西洋上方（也就是俗称的“百慕大”附近）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到辐射带当中 。
那如果让空间站飞几万公里高呢？地球朝向太阳正面的磁层在太阳活动强烈时也可能压缩到3万公里附近 ， 此时空间站也可能沐浴在太阳风的高能粒子当中 。
一旦发生这两种情况 ， 让空间站进入到高能粒子区域 ， 不仅对航天员的生命健康是巨大的威胁 ， 还会伤害仪器设备 。 因此 ， 空间站飞行在400公里高度附近是比较安全而合适的 。
答：空间站干嘛只飞400公里高，不飞高点？
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辐射带示意图（来源：https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/02/Van_Allen_radiation_belt.svg/500px-Van_Allen_radiation_belt.svg.png）
留言区·精选
@闪电风暴
空间站飞往更高的轨道需要提供更多的能量 ， 对运载火箭的运载能力是一个很大的考验 ， 而且在更高的轨道飞行会增加航天任务的难度 ， 如更长的黑夜时长 ， 400km对于完成空间站的相关任务已经足够 。
@熊猫shao香咯
因为大气的密度随着海拔的升高而降低 ， 在距地表400Km处的大气已经非常稀薄 ， 国际空间站大概以7Km/s的速度运行 ， 稀薄的大气对空间站的阻力相当于0.5m/s的微风 ， 所以空间站不断变轨维持轨道高度 。 但是为什么不直接提升轨道高度到完全没有大气的地方呢？理论上来说 ， 的确应该把国际空间站发射到更高的轨道以有效地减少大气阻力的影响 ， 但是更高的空间站轨道意味着发射时要携带更多的燃料 ， 火箭为了携带更多的染料又要增大容量 ， 增大容量又要携带更多的燃料 ， 考虑到发射成本（包括与之对接的探测器）等因素 ， 所以最终把轨道定在了400km稍多 ， 可以让大气阻力出现在一个可接受的范围内 。 我说的对吗？
@LB酱
飞的太低会因为空气阻力大 ， 需要消耗更多的燃料维持轨道；飞得太高不利于运载更多的货物和实验设备 ， 会提高运输成本 。
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【答：空间站干嘛只飞400公里高，不飞高点？】感谢大家的支持 ， 我们下期再见！
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