突破难关上云霄

刘进军

地球上有天气，太空中也有天气吗？答案是当然有了！太空天气是指在太阳系内地球周围的太空环境发生的变化。太空天气包括太阳、太阳风、近地空间以及高层大气中的任何条件和事件。太阳会发生太阳风、太阳耀斑、太阳射电爆发、太阳辐射风暴、太阳高能粒子喷发、日冕物质抛射和太阳黑子爆发等，引起太空天气的变化。银河系中拥有3000多亿颗恒星，也会发射大量宇宙射线，穿越太阳系和地球，引起太空天气扰动。这时，太阳系、地球周围太空中的磁场、辐射、等离子体和其他物质就会变化，引发太空天气、气候和环境的变化。

在太阳系内，太阳风的变化，会对行星际磁场造成影响。太阳高能粒子、宇宙射线会穿透和破坏卫星、飞船和空间站的电子设备，威胁宇航员的生命。太阳活动产生的电磁风暴会干扰电子仪器，导致卫星、飞船和空间站暂时“失明”，甚至毁坏。

在地球上，太阳高能粒子会击穿电子设备、电网、通信和导航系统。地磁风暴、范·艾伦辐射带的活动、电离层的扰动和闪烁、极光、地磁的诱导，都会引起电流的变化。日冕物质抛射会轰击地球的磁层，激发地磁风暴，影响在高纬度上空飞行的飞机，甚至太空中的航天器。

人工重力的空间站结构（设想图） 圆形的离心机（设想图）

太空天气对人类的航天事业影响极大。美国宇航局、欧洲太空局、中国航天局等都设有太空天气预报中心、预警中心等，进行实时观测，预报太空天气，尽量避免损失。

“天宫”空间站是一个微重力的环境，也是一个太空实验室，因此要格外注意太空天气的影响。为了确保安全，“天宫”空间站的外面安装有一层厚厚的防护层，既能防御太空中的极端温度，也能抵抗小流星或太空碎片的袭击，还能降低太空天气的影响，确保航天员和空间站的安全。

除了要时刻关注太空天气的影响，建成“天宫”空间站还必须攻克以下五大技术难题。

一是太空失重

航天员在“天宫”空间站内工作和生活，一个大麻烦就是失重。失重会让航天员一直处于飘浮的状态，失去上下左右的方向感。同时，人体的许多系统都需要重力才能正常运转，失重会引起人体一系列糟糕的生理变化，导致心血管疾病、肌肉萎缩、骨骼疏松等太空病。比如，心脏就是一个由肌肉组成的泵，不用对抗地球引力之后，与心脏类似的肌肉就开始萎缩。人体在太空中待得越久，失去的肌力就越多。必须攻克“失重”這个难题，人类才能在微重力的太空中生活。最好的应对方法就是航天员每天进行自检、食用特制的太空食品，以及通过体育锻炼来强化衰退的肌肉。为此，“天宫”空间站上安装了哑铃、单杠和跑步机等运动器材。

“迷魂草”空间站（设想图）

“星际迷航”空间站（设想图）

“灵魂陀螺”空间站（设想图）

“光子”空间站（设想图）

“超越时空”人工重力空间站（设想图）

二是大气气压

“天宫”空间站上搭载有能合成和制造空气的设备，以保证空间站内氧气和空气的比例与地球空气大致相似。但空间站内的大气气压却只有地球压力的一半，这将有效地节省气体，使空间站壳体的厚度能够减少、强度能够降低，以减少空间站的重量。

三是宇宙辐射

在太空中，宇宙射线非常强烈。“天宫”空间站的壳体和内部空气足够抵御和屏蔽宇宙射线，其内部容量很大，足够维持小天气系统，还能改变内部大气构成或反射阳光辐射的数量，达到辐射防护的目的。

“吉普赛”空间站（设想图）

“独角兽”空间站（设想图）

“梦幻”空间站（设想图）

中国未来的空间站（设想图）

四是太阳光

“天宫”空间站环绕地球飞行，当飞到有阳光照射的一面，也就是地球白天的一面，温度极高;当飞到没有阳光照射的一面，也就是地球夜晚的一面，温度极低。有阳光照射时，空间站的太阳能帆板瞄准太阳，进行发电并存储电力。没有阳光时，太阳能帆板输出电力，照亮空间站。空间站四面均有舷窗，窗内有盖板，当合上盖板，遮住阳光，空间站内便是黑夜;当打开盖板，阳光照射进来，空间站内就是白天。这使得空间站内昼夜分明。在空间站，航天员们不仅能看到蔚蓝色的地球，每天还能观赏到16次日出和日落。

五是姿态控制

“天宫”空间站将飞行在高度400千米、轨道倾角42.8°的轨道上，其前部始终朝着前进方向，太阳能帆板对准太阳，通信天线对准地球。在地球引力的作用下，它每个月都会下降1千米。它还安装了自动导航系统和姿态控制系统，可以进行偏航和姿态调整。同时，它在飞行中保持轨道的精度和飞行时序，保持自身稳定，随时提升高度。如果发生偏航，姿态控制系统就立刻纠正，每时每刻都能保证姿态稳定和精确。

“天宫”空间站按照第一宇宙速度，也就是7.8千米/秒、2.7万千米/小时的速度，环绕地球飞行。建成后，它将向全世界开放。目前，已有几十个国家的宇航员和科学家提出了申请。相信在不久的将来，“天宫”空间站将承载着中华民族千年的飞天梦，成为人类成功登陆月球、火星和小行星，进入宇宙空间的中转站。