零度的太空如何散热

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2023-04-06 07:40:42 1068

宇航员的太空服那么厚，是因为要御寒吗？如果宇宙的温度极低，为什么身处太空环境的空间站，不除寒保暖，却还需要特殊装置进行散热呢？今天我们就来聊聊，宇宙的温度究竟有多低。

宇宙的温度

很久很久以前，地球还是一颗毫无生命可言的“大火球”，内部充满了岩浆。经过数百亿年的演变，地球有了水，大气和适宜的温度，才变得如此宜居。诗云“春江水暖鸭先知”，可见温度总是潜移默化的改变，并无声无息地影响着地球的环境。试想如果没有太阳，为我们提供足够的热量，可能地球会像冰蓝的天王星和海王星那样，只是一颗冰封的行星。

那太阳的热量，是怎样到达地球的呢？我们知道，热量地交换和传递，一般需要一定的介质。固体之间存在热传导，而液体和气体间往往是热对流。其本质，都是通过分子运动实现的热能传递。但是在太空中，空间广袤无垠，物质过于稀少，所以，环境接近真空。这就使得温度的传播和集散，需要通过热辐射的方式进行传导。其过程是相当缓慢，所以太阳燃烧了数亿年后，地球才获得了足以诞生生命的光和热。

对地球上的人类而言，零下几十摄氏度已经是人类生存的极限，但是放到太空中，这简直不值一提。因为太空的温度，是接近零度（-273.15摄氏度）的。所谓零度，就是指能够使理想气体停止分子运动的温度。

但是，这是一个相对理想的理论值，因为由于宇宙大爆炸产生了余温，使得宇宙的温度得到了一点点提升。所以准确地说，太空的温度应该是零下270.4度左右。在如此冷酷的环境下，人类又是如何遨游太空，并在大气层外建立空间站，长期停留和生存的呢？

低温下运转的空间站

一天内，就能经历16次日出日落的空间站，在太空是如何运转的？空间站的运转会产生热量吗？自从上世纪人造卫星上天后，人类对太空的探索活动，就频繁开展起来。载人航天技术的发展，使得地球大气层外的人类活动得以实现。各国航空航天技术的内卷，使得人类迫切地想扩大各自在太空的影响力。

国际空间站应运而生。念及零下270.4度的宇宙低温，有人会问，不同于“短暂的”载人飞行，想要长久地在太空运行，一定要首先考虑如何克服宇宙低温吧？其实相对于低温，其实空间站更怕的是高温！这是因为，太阳的热辐射是源源不断的。即便是在大气层之外，我们也还是处在太阳系中，距离地球相对较近的位置内。虽然当空间站漂浮于地球阴面，要面对零下157摄氏度的严寒。

但更多的时候，空间站还是要面朝太阳，接受高达121摄氏度的阳光洗礼。由数以万计的零部件构成的空间站，工作运转时，就会产生大量的热量。但是因为太空中的热辐射效率很低，所以这些热量并不容易在真空状态下散发。一旦温度得不到调节，空间站的设备就很有可能遭到损坏。要知道，虽然温度有零度的下限，但是却无明确的上限。也就是说，不光成百上千摄氏度的高温存在，而且几万几十万摄氏度的高温也不是不可能！

所以空间站不但要保温，更要想办法隔热，否则空间站可能随时面临空中解体的风险，宇航员们的生命安全，也会受到严重威胁！那空间站是怎样克服散热难题的呢？空间站如何散热
太空那么冷，怎么国际空间站散热就如此困难？科学家又是利用什么方式，给空间站增加散热的呢？

其实想想带有真空夹层的保温饭桶，你就应该能明白其中的道理。表示物体冷热程度的温度，从物理角度说，就是分子或原子热运动的剧烈程度而已。热量的传导必须是在有分子物质分布的空间内才能进行。

而保温桶的真空夹层，隔绝了内外热量传递的介质，所以分子运动停止或减少，从而达到了保温或保冷的效果。所以反过来思考，吸收热量需要热传递、热对流和热辐射，散热的方法，便也是这三种。为了对抗宇宙环境的冷热，科研人员将一种“多层隔热层”的高反射层，覆盖在空间站的外部，避免了过多太阳辐射的进入，和空间站飞入地球阴影后的相对低温。

除此之外，科学家还采取了更加主动的散热方式。不同于电脑主板散热的小风扇，和汽车散热的水冷系统，因为太空中既没有空气，也没有水，所以科学家们便想到了，用加速热辐射的方式，依靠电磁波传递热量进行主动散热。

其具体做法是，在热辐射缓慢热量的同时，依靠舱体传导部分热量到阴面，并增加热对流。

同时，科学家还将冷却液流动管道，安装在了空间站的内部。当循环的冷却液，流经设备发热的位置时，便可以吸收并带走这些热量。然后，将其传送至空间站外部散热片上，再通过热辐射的方式，将热量传递到太空中。

那空间站的热量，又散到哪里去了呢？因为热量总是由温度高的地方，向温度低的地方传递，所以即便宇宙空间的物质存在确实十分稀少，接近真空，可也不是一点没有。

有科学家发现，在宇宙中除了已知存在质量的物质，还有近95%，是肉眼不可见的暗物质和暗能量。这些物质和能量，是否也存在热量和能量的传导，我们尚且不得而知，但是密度差的存在，必然会令空间站散失的热辐射，最终会散失到宇宙空间内，以趋近于平均。

所以虽然宇宙中温度极低，但是空间站依然要在太空，做好散热工作。

地球之外，宇宙空间站的兴起，为我们提供了越来越多大气层外的信息，我们的宇宙探索之旅将不断前进。

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