科學(xué)探秘：在平均溫度零下270℃的寒冷太空，空間站為何還怕熱？
在4月29日，我國(guó)長(zhǎng)征五號(hào)B二運(yùn)載火箭搭載著空間站的“天和”核心艙發(fā)射成功，天和核心艙重達(dá)22.5噸，內(nèi)部容積達(dá)到了近50立方米，未來我國(guó)還將對(duì)該空間站進(jìn)一步擴(kuò)展，其中包括兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙，那時(shí)我國(guó)“天宮”空間站將化身稱為國(guó)家級(jí)“太空實(shí)驗(yàn)室”。那么談到空間站，我們?cè)賮砹私庖粋€(gè)空間站中常被人忽略，甚至被很多人認(rèn)為是一個(gè)“反常識(shí)”的問題，那就是空間站是如何散熱的？ 什么？空間站還需散熱？這肯定是很多人對(duì)這個(gè)問題的第一反應(yīng)，畢竟我們都知道太空中是極其寒冷的，平均溫度為零下270.3攝氏度，僅比絕對(duì)零度高了不到3攝氏度，在這么寒冷的條件下，能夠保持溫度就不錯(cuò)了，為何空間站卻還要增加散熱？ 要弄明白這個(gè)問題，首先我們要弄清楚熱量是如何傳遞的。

熱量是如何傳遞的？

我們平時(shí)所理解的溫度就是物體的冷熱程度，但冷熱程度只是我們所感受到的一個(gè)外在表現(xiàn)，要了解溫度的本質(zhì)，我們還得從微觀層面進(jìn)行分析。從微觀上來講，溫度實(shí)際上是物體分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度，是物體分子運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)志。我們知道，任何物體中的分子或原子都在不停地?zé)o規(guī)則運(yùn)動(dòng)，分子運(yùn)動(dòng)愈快，即溫度愈高，物體愈熱；分子運(yùn)動(dòng)愈慢，即溫度愈低，物體愈冷。 當(dāng)一個(gè)低溫物體與高溫物體接觸時(shí)，高溫與低溫物體中的粒子之間將會(huì)相互碰撞，由于高溫物體中內(nèi)部微觀粒子平動(dòng)能更大，則該物體粒子的動(dòng)能便會(huì)傳遞給低溫物體中的粒子，導(dǎo)致低溫物體中粒子平動(dòng)能增大，從而使低溫物體溫度升高，這也便是熱量的傳導(dǎo)過程。當(dāng)然熱量的傳遞并不只有這一種，還包括熱對(duì)流以及熱傳導(dǎo)，一共三種方式。 熱對(duì)流這種熱量傳遞方式僅發(fā)生在液體和氣體中，由于流體中的分子同時(shí)進(jìn)行著不規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，因此對(duì)流必然伴隨著導(dǎo)熱。熱傳導(dǎo)與熱對(duì)流都有著一個(gè)共同的特點(diǎn)，就是只發(fā)生在相互接觸的物體之間，而熱輻射與這兩種傳導(dǎo)方式明顯不同，熱輻射可以“隔空”進(jìn)行傳遞。
世界上一切高于絕對(duì)零度的物體都會(huì)不停地向外部持續(xù)發(fā)出輻射，也就是發(fā)出電磁波，人體也是一樣，我們時(shí)時(shí)刻刻都在向外輻射著紅外線電磁波，而電磁波的傳遞并不需要介質(zhì)，因此通過熱輻射傳遞能量可以在真空中進(jìn)行，自然界中各個(gè)物體都不停地向空間發(fā)出熱輻射，同時(shí)又不斷地吸收其他物體發(fā)出的熱輻射，形成一個(gè)動(dòng)態(tài)變化。 這三種傳熱方式相比，通常熱傳導(dǎo)以及熱對(duì)流的傳熱效率較高，而熱輻射效率較低，散熱過程更為緩慢，例如我們用雙層的真空保溫杯裝入熱水時(shí)，相當(dāng)于切斷了熱水通過熱傳導(dǎo)進(jìn)行散熱（當(dāng)然實(shí)際情況還是無法做到完全隔絕），因此保溫時(shí)間變得很長(zhǎng)。

空間站中的散熱系統(tǒng)

在太空由于處于真空環(huán)境，因此空間站無法通過熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流與外界交換能量，只能通過熱輻射，而熱輻射散熱的速度很慢，空間站中又有大量設(shè)備運(yùn)行不斷地產(chǎn)生熱量，因此空間站必須要考慮散熱問題，目前的做法是通過增加大量的散熱片向外輻射能量從而對(duì)設(shè)備進(jìn)行降溫，同時(shí)配合冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)對(duì)熱量進(jìn)行轉(zhuǎn)移。 根據(jù)設(shè)備需求的不同，冷卻劑種類也不一樣，常用的冷卻液包括氨水以及氟化物等，如下圖不同顏色的標(biāo)記為空間站中不同的循環(huán)冷卻系統(tǒng)。 在增加空間站散熱的同時(shí)，空間站還會(huì)在設(shè)備表面采用特殊材料包裹，這些材料具有較高的輻射反射率，能夠減少對(duì)太陽輻射的吸收，同時(shí)還具有較好的隔熱性能，能盡量減少熱量向內(nèi)部傳導(dǎo)。實(shí)際上空間站的整個(gè)溫度控制系統(tǒng)十分復(fù)雜，設(shè)備姿勢(shì)的改變，以及位置的變化都會(huì)影響到熱量的平衡，因此需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行不斷調(diào)整，將吸收與輻射能量保持在平衡的狀態(tài)，這樣空間站內(nèi)部才能一直保持恒定的溫度，讓航天員長(zhǎng)期駐留。