天文科普:太空中零下200多度,這麽冷的天,為什麽航天器還要散熱?
發布時間:2021-01-11
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天文科普:太空中零下200多度,這麽冷的天,為什麽航天器還要散熱?

太空中的溫度非常低,宇宙中有些星雲(yun) 的溫度更是低至零下270度左右,差不多接近絕對零度(零下273.15攝氏度)了。在常壓下,這麽(me) 低的溫度,連空氣也會(hui) 被凍成固體(ti) 。

 

在這麽(me) 冷的環境中,航天器通常還要考慮散熱問題。按理說,這麽(me) 冷的天根本熱不起來呀!那為(wei) 什麽(me) 要散熱呢?

太空中零下200多度,這麽冷的天,為什麽航天器還要散熱?

 

其實,這是因為(wei) 太空中幾乎空無一物,不像地球上那樣,物體(ti) 可以通過空氣對流進行有效的散熱。

 

如果沒有恒星,宇宙中的星球都將陷入極度寒冷與(yu) 死寂當中。在太陽係中,最大的熱源就是太陽了,能給予地球溫暖。而離太陽距離越遠的行星,其表麵溫度也越低。

 

太陽溫度那麽(me) 高,熱量那麽(me) 大,能把地球烤熱,而空曠的太空中還是那麽(me) 寒冷,是因為(wei) 太空中幾乎空無一物,每立方米的空間內(nei) 隻有一個(ge) 原子。而溫度是物質熱運動劇烈程度的體(ti) 現,沒有足夠多的粒子,就算是太陽也無法把周圍的太空曬熱。

太空中零下200多度,這麽冷的天,為什麽航天器還要散熱?

 

太空環境雖然很冷,但是航天器被太陽照射的那一麵,卻又非常的熱,溫度達到了一兩(liang) 百度。

 

以地球的衛星月球為(wei) 例,月球表麵是真空,沒有一丁點空氣,就是在這樣的環境下,月球陰麵的溫度低至零下180度,而月球陽麵的溫度卻高達160度。一陰一陽,溫度整整相差了340度,這就是有太陽照射和無太陽照射所表現出的巨大溫度差異。

太空中零下200多度,這麽冷的天,為什麽航天器還要散熱?

 

地球上雖然也存在這種現象,但是白天和黑夜的溫差比較小,通常也不會(hui) 超過50度。正是因為(wei) 地球上存在大氣,由於(yu) 空氣的高速流動,既形成了風,也使地球表麵的平均溫度保持在15攝氏度左右,所以地球和月球雖處於(yu) 同一公轉軌道,但溫差卻天差地別。

 

而在太陽係八大行星當中,溫差最大的就是水星了,溫差高達600攝氏度,造成這個(ge) 現象的原因就是水星上沒有空氣。金星由於(yu) 擁有稠密的大氣,並沒有較大的溫差,而且由於(yu) 大氣中的溫室氣體(ti) 較多,產(chan) 生了極其嚴(yan) 重的溫室效應,整個(ge) 星球表麵一直陷入數百度的高溫當中。

 

吸熱和放熱會(hui) 引起溫度的變化,要想使溫度發生變化,就必須要轉移熱量。如果係統中存在溫度差,熱量總是會(hui) 從(cong) 溫度較高的區域轉移到溫度較低的區域。

太空中零下200多度,這麽冷的天,為什麽航天器還要散熱?

 

在自然界中,熱的傳(chuan) 遞有三種方式,分別為(wei) :熱輻射、熱對流、熱傳(chuan) 導。其中,熱輻射是真空中的導熱方式,依靠電磁波傳(chuan) 遞熱量,不需要介質。熱對流是流體(ti) 內(nei) 的導熱方式,依靠物質流動轉移熱量;熱傳(chuan) 導是物質內(nei) 部最普遍的導熱方式,依靠粒子碰撞。這兩(liang) 種方式需要介質。

太空中零下200多度,這麽冷的天,為什麽航天器還要散熱?

 

太空中空空蕩蕩的,沒有空氣。由於(yu) 太空中沒有熱對流,太陽就隻能通過熱輻射的方式將能量傳(chuan) 遞給地球。被太陽照射的那一麵,會(hui) 積聚大量的熱量,導致物體(ti) 表麵溫度升高,而物體(ti) 僅(jin) 靠熱傳(chuan) 導短時間內(nei) 很難使溫度均衡,所以才會(hui) 造成一個(ge) 物體(ti) 的陰陽兩(liang) 麵溫差極大。

 

人體(ti) 60%的質量都是水,如果你身處地球附近的外太空,麵向太陽的一麵會(hui) 被烤熟,而背向太陽的一麵則會(hui) 被凍成冰塊。麵對如此極端的環境,如果你沒有穿宇航服,你很快就會(hui) 一命嗚呼。

太空中零下200多度,這麽冷的天,為什麽航天器還要散熱?

 

太空環境屬於(yu) 真空,真空能夠隔熱,物體(ti) 熱量損失的比較緩慢。航天器在太空中向陽的一麵被太陽暴曬,溫度很高,如果不進行有效的散熱,隨著熱量的堆積,就會(hui) 損壞航天器艙內(nei) 的精密儀(yi) 器。

太空中零下200多度,這麽冷的天,為什麽航天器還要散熱?

 

航天器僅(jin) 有兩(liang) 種被動散熱方式,一種就是依靠熱輻射將熱量散發到太空中,另一種就是依靠艙體(ti) 將這些熱量傳(chuan) 導到背陰麵。熱輻射散熱十分緩慢,而熱傳(chuan) 導也不足以快速轉移熱量,所以航天器需要進行主動散射。那麽(me) 隻能增加熱對流了。

 

為(wei) 了維持正常運轉,大多數衛星都裝有熱管(依靠流體(ti) 導熱),就是為(wei) 了減小溫差、均衡溫度,既能給被太陽照射的一麵散熱,又能給背陰麵保暖。在這種環境下,雖然外界環境溫度很低,航天器內(nei) 部某些發熱量比較大的部件,也是需要進行主動散熱的。國際空間站就配備了充滿循環氨的巨大散熱器,以增加輻射麵積。



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