劉進(jìn)軍

地球上有天氣，太空中也有天氣嗎？答案是當(dāng)然有了！太空天氣是指在太陽系內(nèi)地球周圍的太空環(huán)境發(fā)生的變化。太空天氣包括太陽、太陽風(fēng)、近地空間以及高層大氣中的任何條件和事件。太陽會(huì)發(fā)生太陽風(fēng)、太陽耀斑、太陽射電爆發(fā)、太陽輻射風(fēng)暴、太陽高能粒子噴發(fā)、日冕物質(zhì)拋射和太陽黑子爆發(fā)等，引起太空天氣的變化。銀河系中擁有3000多億顆恒星，也會(huì)發(fā)射大量宇宙射線，穿越太陽系和地球，引起太空天氣擾動(dòng)。這時(shí)，太陽系、地球周圍太空中的磁場(chǎng)、輻射、等離子體和其他物質(zhì)就會(huì)變化，引發(fā)太空天氣、氣候和環(huán)境的變化。

在太陽系內(nèi)，太陽風(fēng)的變化，會(huì)對(duì)行星際磁場(chǎng)造成影響。太陽高能粒子、宇宙射線會(huì)穿透和破壞衛(wèi)星、飛船和空間站的電子設(shè)備，威脅宇航員的生命。太陽活動(dòng)產(chǎn)生的電磁風(fēng)暴會(huì)干擾電子儀器，導(dǎo)致衛(wèi)星、飛船和空間站暫時(shí)“失明”，甚至毀壞。

在地球上，太陽高能粒子會(huì)擊穿電子設(shè)備、電網(wǎng)、通信和導(dǎo)航系統(tǒng)。地磁風(fēng)暴、范·艾倫輻射帶的活動(dòng)、電離層的擾動(dòng)和閃爍、極光、地磁的誘導(dǎo)，都會(huì)引起電流的變化。日冕物質(zhì)拋射會(huì)轟擊地球的磁層，激發(fā)地磁風(fēng)暴，影響在高緯度上空飛行的飛機(jī)，甚至太空中的航天器。

人工重力的空間站結(jié)構(gòu)（設(shè)想圖）?圓形的離心機(jī)（設(shè)想圖）

太空天氣對(duì)人類的航天事業(yè)影響極大。美國宇航局、歐洲太空局、中國航天局等都設(shè)有太空天氣預(yù)報(bào)中心、預(yù)警中心等，進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)，預(yù)報(bào)太空天氣，盡量避免損失。

“天宮”空間站是一個(gè)微重力的環(huán)境，也是一個(gè)太空實(shí)驗(yàn)室，因此要格外注意太空天氣的影響。為了確保安全，“天宮”空間站的外面安裝有一層厚厚的防護(hù)層，既能防御太空中的極端溫度，也能抵抗小流星或太空碎片的襲擊，還能降低太空天氣的影響，確保航天員和空間站的安全。

除了要時(shí)刻關(guān)注太空天氣的影響，建成“天宮”空間站還必須攻克以下五大技術(shù)難題。

一是太空失重

航天員在“天宮”空間站內(nèi)工作和生活，一個(gè)大麻煩就是失重。失重會(huì)讓航天員一直處于飄浮的狀態(tài)，失去上下左右的方向感。同時(shí)，人體的許多系統(tǒng)都需要重力才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，失重會(huì)引起人體一系列糟糕的生理變化，導(dǎo)致心血管疾病、肌肉萎縮、骨骼疏松等太空病。比如，心臟就是一個(gè)由肌肉組成的泵，不用對(duì)抗地球引力之后，與心臟類似的肌肉就開始萎縮。人體在太空中待得越久，失去的肌力就越多。必須攻克“失重”這個(gè)難題，人類才能在微重力的太空中生活。最好的應(yīng)對(duì)方法就是航天員每天進(jìn)行自檢、食用特制的太空食品，以及通過體育鍛煉來強(qiáng)化衰退的肌肉。為此，“天宮”空間站上安裝了啞鈴、單杠和跑步機(jī)等運(yùn)動(dòng)器材。

“迷魂草”空間站（設(shè)想圖）

“星際迷航”空間站（設(shè)想圖）

“靈魂陀螺”空間站（設(shè)想圖）

“光子”空間站（設(shè)想圖）

“超越時(shí)空”人工重力空間站（設(shè)想圖）

二是大氣氣壓

“天宮”空間站上搭載有能合成和制造空氣的設(shè)備，以保證空間站內(nèi)氧氣和空氣的比例與地球空氣大致相似。但空間站內(nèi)的大氣氣壓卻只有地球壓力的一半，這將有效地節(jié)省氣體，使空間站殼體的厚度能夠減少、強(qiáng)度能夠降低，以減少空間站的重量。

三是宇宙輻射

在太空中，宇宙射線非常強(qiáng)烈?！疤鞂m”空間站的殼體和內(nèi)部空氣足夠抵御和屏蔽宇宙射線，其內(nèi)部容量很大，足夠維持小天氣系統(tǒng)，還能改變內(nèi)部大氣構(gòu)成或反射陽光輻射的數(shù)量，達(dá)到輻射防護(hù)的目的。

“吉普賽”空間站（設(shè)想圖）

“獨(dú)角獸”空間站（設(shè)想圖）

“夢(mèng)幻”空間站（設(shè)想圖）

中國未來的空間站（設(shè)想圖）

四是太陽光

“天宮”空間站環(huán)繞地球飛行，當(dāng)飛到有陽光照射的一面，也就是地球白天的一面，溫度極高;當(dāng)飛到?jīng)]有陽光照射的一面，也就是地球夜晚的一面，溫度極低。有陽光照射時(shí)，空間站的太陽能帆板瞄準(zhǔn)太陽，進(jìn)行發(fā)電并存儲(chǔ)電力。沒有陽光時(shí)，太陽能帆板輸出電力，照亮空間站。空間站四面均有舷窗，窗內(nèi)有蓋板，當(dāng)合上蓋板，遮住陽光，空間站內(nèi)便是黑夜;當(dāng)打開蓋板，陽光照射進(jìn)來，空間站內(nèi)就是白天。這使得空間站內(nèi)晝夜分明。在空間站，航天員們不僅能看到蔚藍(lán)色的地球，每天還能觀賞到16次日出和日落。

五是姿態(tài)控制

“天宮”空間站將飛行在高度400千米、軌道傾角42.8°的軌道上，其前部始終朝著前進(jìn)方向，太陽能帆板對(duì)準(zhǔn)太陽，通信天線對(duì)準(zhǔn)地球。在地球引力的作用下，它每個(gè)月都會(huì)下降1千米。它還安裝了自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)和姿態(tài)控制系統(tǒng)，可以進(jìn)行偏航和姿態(tài)調(diào)整。同時(shí)，它在飛行中保持軌道的精度和飛行時(shí)序，保持自身穩(wěn)定，隨時(shí)提升高度。如果發(fā)生偏航，姿態(tài)控制系統(tǒng)就立刻糾正，每時(shí)每刻都能保證姿態(tài)穩(wěn)定和精確。

“天宮”空間站按照第一宇宙速度，也就是7.8千米/秒、2.7萬千米/小時(shí)的速度，環(huán)繞地球飛行。建成后，它將向全世界開放。目前，已有幾十個(gè)國家的宇航員和科學(xué)家提出了申請(qǐng)。相信在不久的將來，“天宮”空間站將承載著中華民族千年的飛天夢(mèng)，成為人類成功登陸月球、火星和小行星，進(jìn)入宇宙空間的中轉(zhuǎn)站。