爲何只飛400公里高？太空WIFI怎麼用？揭開空間站背後的“奧秘”

6月17日，中國空間站天和核心艙迎來首批“太空訪客”。當日9時22分，搭載神舟十二號載人飛船的長征二號F遙十二運載火箭，在酒泉衛星發射中心準時點火發射，進入約400公里的預定軌道。約6.5小時後，飛船與天和核心艙進行自主快速交會對接形成組合體。隨後，聶海勝、劉伯明、湯洪波3名航天員進駐天和核心艙。

接下來，三位航天員將完成爲期3個月的在軌駐留，開展機械臂操作、出艙活動等工作，驗證航天員長期在軌駐留、再生生保等一系列關鍵技術。

2021年6月17日9時22分，搭載神舟十二號載人飛船的長征二號F遙十二運載火箭準時點火發射。人民網記者 翁奇羽攝

“太空家園”建設分爲幾步？

載人航天工程辦公室主任助理季啓明介紹，空間站建造任務分爲關鍵技術驗證和建造兩個階段實施，共規劃12次飛行任務，計劃2022年前後完成。

其中，關鍵技術驗證階段規劃了6次任務，包括天和核心艙發射、2次天舟貨運飛船和2次神舟載人飛船的發射。這一階段任務主要目的是：驗證航天員長期在軌駐留、柔性太陽電池翼、大型柔性組合體控制等關鍵技術，開展空間科學實驗和技術試驗，爲空間站建造和運營奠定基礎。

建造階段也規劃了6次任務，包括問天實驗艙、夢天實驗艙和2次貨運飛船、2次載人飛船發射。這一階段任務主要目的是：全面完成以三艙爲基本構型的空間站在軌組裝建造，建成國家太空實驗室。

“在這一系列任務中，每次載人飛船發射前先發射一艘貨運飛船，運送航天員在軌生活物資等。每次載人飛行任務航天員乘組都是3人，在軌駐留時間爲3-6個月。”季啓明表示，在此期間，航天員將開展貨運飛船物資轉移、再生生保系統驗證，空間站艙段管理，機械臂操作、在軌維修、出艙活動和艙外操作，以及多領域空間科學實驗與技術試驗。

空間站完成建造後，將進入爲期10年以上的應用與發展階段。

神舟十二號飛船與天和核心艙交會對接模擬示意圖。航天科技集團五院供圖

空間站爲什麼只“飛”400公里高？

空間站又稱太空站、航天站，是一種在近地軌道長時間運行、可供多名航天員巡訪、長期工作和生活的載人航天器。一般來說，空間站大都在約400公里高度的軌道上運行，比如，我國的天宮一號、天宮二號空間實驗室，目前仍在軌運行的國際空間站，以及我們開始建造的中國空間站。

衆所周知，航天發射是非常昂貴的。空間站飛往更高的軌道需要消耗更多的能量，對運載火箭的運載能力是一個很大的考驗。如果要把成噸的設備攜帶到較高的高度，一來沒有太大必要，二來成本也過於高昂。

實際上，大氣是隨着海拔增加而逐漸變薄的，太空和地球大氣層之間並沒有明確、清晰的邊界。國際航空聯合會將100公里的高度定義爲大氣層和太空的界線，即“卡門線”，卡門線之外的部分稱爲太空。一般太空實驗所需要的接近真空的環境、無雲層遮擋的望遠鏡觀測優勢、近乎無重力的實驗條件等，400公里高度都可以滿足。

此外，這個高度設置，還考慮了航天員和空間站本身的安全問題。

據瞭解，在地球周圍有一個名爲“範艾倫輻射帶”的空間區域，它大致分成1500-5000公里和13000-20000公里的高度範圍，在空間天氣擾動的時候還會向上、向下擴張。這一區域有能量非常高、密度也非常大的帶電粒子，對在其中飛行的飛行器傷害很大。值得注意的是，因爲地磁場本身不是對稱的，在南大西洋上方的地磁場形態導致這裡的輻射帶高度比較低，在有擾動的時候可能只有1000公里高度左右，空間站飛高了就很容易進入輻射帶，受到帶電粒子的傷害。

綜合考量發射成本、觀測需求，以及航天員的健康和飛行器、儀器設備的安全等因素，科學家把空間站飛行的高度，設定在400公里附近。

測試中神舟十二號飛船。航天科技集團五院供圖

如何克服太空溫差、宇宙射線的影響？

和以往神舟載人飛船的任務相比，這次神舟飛船在空間站停留的時間更久，面對的空間環境也更加惡劣。屆時，神舟十二載人飛船迎向太陽側的艙體表面溫度將達到90℃，而背向太陽側的艙體表面溫度則達到－30℃。這種溫度差將對神舟飛船內部的空氣溫度造成嚴重波動，航天員的生活環境與多種精密設備在艙內也會受到影響。除了溫度的問題，長時間的太空停留，還會使飛船經歷持久的空間高強度紫外照射，以及多種帶電粒子配合高速原子氧的不斷轟擊，材料損耗將非常嚴重。

因此，給飛船穿一件特製的“外衣”就顯得尤爲必要了。

如今時隔五年，神舟十二號飛船再一次護送航天員往返天地，與前輩們清一色的灰色外衣相比，它那一身銀光閃閃、炫酷時尚的嶄新“外衣”不禁讓人眼前一亮。

原來，這件靚麗的“外衣”，是由航天科技集團五院529廠歷時兩年精心研製的一款新型低吸收－低發射熱控塗層，它是一種噴塗在航天器外表面的熱控制材料。

據瞭解，這件“外衣”採用了我國以往熱控塗層領域中從沒有過的類型。它可以通過自身對太陽輻照的低吸收強反射能力，大大減少飛船受太陽長時間輻照的內部溫度升溫現象，再通過它自身的極低的紅外發射特性，在飛船處於背陽面時期減少輻射漏熱，大大減緩艙內溫度下降速率，起到保溫效果。當然，這款“外衣”還要具備抵抗空間中時時刻刻的高能紫外輻照、原子氧轟擊以及多種高能粒子與電離輻射的攻擊，爲神舟十二號載人飛船全方位做到外部保護屏障，可謂是全天時無間斷全效防護服。

航天員在組合體艙內。央視畫面截圖

太空WIFI怎樣和地面通信？

據悉，空間站核心艙上已經植入了WiFi，這可以大大提高航天員工作生活便利性和舒適度。

空間站系統副總設計師朱光辰介紹，核心艙採用的情景照明技術和WiFi通信技術，可以讓航天員輕鬆便捷地使用“手機APP”來控制照明設備開關、查詢站上物資存儲情況。

通過天地通信鏈路和視頻通話設備，空間站還可以實現與地面的雙向視頻通話和收發電子郵件。

“一般依靠中繼衛星來保證空間站和地面24小時不間斷的網絡連接。美國國家航空航天局、歐空局等都有自己的中繼衛星。”中國航天科工二院研究員楊宇光介紹，在我國，空間站和地面通信主要依靠地面測控站、數傳接收站和天鏈中繼衛星，其中天鏈中繼衛星能保證不間斷通信。

中繼衛星也被稱爲“衛星的衛星”，它可以爲衛星、飛船等航天器提供數據中繼和測控服務，爲中低軌道遙感、測繪、氣象等衛星提供數據中繼和測控服務，爲航天器發射提供測控支持。

2008年至2012年，我國先後發射天鏈一號01至03星，三顆衛星組網運行，使我國成爲世界上第二個擁有對中、低軌航天器全球覆蓋能力的中繼衛星系統的國家。

2016年，天鏈一號04星成功入軌並完成在軌測試，與01至03星實現全球組網運行，爲我國神舟飛船、空間實驗室以及空間站提供數據中繼與測控服務，支持空間交會對接等任務。

2019年3月，天鏈二號01星成功發射，這是我國第二代地球同步軌道數據中繼衛星的首發星。它與天鏈一號衛星系統相互兼容，使我國以數據中繼爲特徵的天基通信基礎設施在傳輸速率、服務數量、覆蓋範圍等方面進一步提升。