太空自然環(huán)境是怎樣影響航天活動的？太空自然環(huán)境對航天活動的影響是深遠且多方面的，首先，太空中的微重力環(huán)境對航天器的設(shè)計和航天員的身體狀況提出了嚴峻的挑戰(zhàn)，在微重力狀態(tài)下，人體骨骼和肌肉會發(fā)生退行性變化，心血管系統(tǒng)也會受到影響，這就要求航天員在太空生活中進行特殊的鍛煉以保持健康狀態(tài)，接下來就一起去看看太空環(huán)境的重要性吧！

　　太空自然環(huán)境是怎樣影響航天活動的

　　太空環(huán)境也稱為空間環(huán)境，是指影響人類活動的、距地面幾十公里高度以上直至太陽的廣闊空間內(nèi)的環(huán)境，涵蓋的區(qū)域包括高層大氣、電離層、磁層、行星際空間以及太陽活動區(qū)。經(jīng)長期研究發(fā)現(xiàn)，對各類航天活動產(chǎn)生影響的主要有以下幾種太空自然環(huán)境。

　　真空環(huán)境

　　飛行器處于太空高真空環(huán)境中，會受到壓力差效應(yīng)、真空放電效應(yīng)、真空出氣效應(yīng)、分子污染效應(yīng)、紫外輻照效應(yīng)及黏著和冷焊效應(yīng)等的影響。其中需要重點考慮的是紫外輻照及分子污染效應(yīng)的影響。

　　由太陽發(fā)出的紫外線有21%能不受阻礙地穿過地球大氣層到達地球表面，31%被反射回太空，29%通過散射到達地球，19%作為熱量被大氣吸收，而在軌飛行器表面會完全暴露在太陽紫外線中。紫外線中的單個光子具有的能量，足以使許多物質(zhì)的有機化學(xué)鍵斷裂，對飛行器產(chǎn)生各種影響，具體包括：使光學(xué)玻璃、太陽能電池蓋片等改變顏色，影響光譜的透過率;會改變熱控涂層的光學(xué)性質(zhì)，使表面逐漸變暗，對太陽輻照的吸收率顯著提高，影響飛行器的溫度控制;波長小于300納米的紫外線照射到飛行器金屬表面，由于光電效應(yīng)而產(chǎn)生許多自由電子，使金屬表面帶電，飛行器的表面電位升高，將干擾飛行器的電磁系統(tǒng)。

　　飛行器在高真空環(huán)境中，當(dāng)真空度高于10-2Pa時，氣體會不斷從材料表面釋放出來。例如原先在材料表面吸附的氣體，在真空狀態(tài)下從表面脫附;原先溶解于材料內(nèi)的氣體，在真空環(huán)境中從材料內(nèi)向真空邊界擴散，最后在界面上釋放，脫離材料;滲透氣體通過固體材料釋放出來。這些從飛行器材料中脫離的物質(zhì)沉積在飛行器其他部位造成飛行器表面污染。嚴重的分子污染會降低觀察窗和光學(xué)鏡頭的透明度，改變熱控涂層的性能，減少太陽能電池的光吸收率，增加電器元件的接觸電阻等。

　　中性粒子環(huán)境

　　中性粒子環(huán)境的影響主要是中性大氣環(huán)境的阻力效應(yīng)及原子氧對飛行器產(chǎn)生腐蝕作用。

　　飛行器的阻力與大氣密度成正比，軌道越高，阻力越小。大氣阻力與飛行器垂直運動方向的截面成正比。飛行器在大氣阻力作用下產(chǎn)生的減速度與飛行質(zhì)量成正比，截面越大、質(zhì)量越小的飛行器其壽命越短。飛行器所受的大氣阻力與飛行器的運動方向相反，它使飛行器的動能減少，導(dǎo)致運動高度下降。當(dāng)飛行器進入大氣稠密區(qū)域時，飛行器所受的阻力進一步增加。因此，高層大氣的阻力是飛行器的軌道衰變、姿態(tài)調(diào)整、壽命損耗的主要原因。

　　原子氧是低地球軌道(200～700公里高度)上以原子態(tài)氧存在的殘余氣體環(huán)境。大量空間飛行試驗及地面試驗結(jié)果表明：原子氧對飛行器表面的高溫氧化、高速撞擊會使大部分有機材料產(chǎn)生嚴重剝蝕，導(dǎo)致質(zhì)量損失、厚度損失，使光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)及機械參數(shù)退化，造成結(jié)構(gòu)性材料強度下降、功能性材料性能變壞。原子氧氧化剝蝕過程還會造成飛行器敏感表面的污染，導(dǎo)致飛行器性能下降、壽命縮短，系統(tǒng)設(shè)計目標失敗等。

　　等離子體環(huán)境

　　空間等離子體由太陽風(fēng)等離子體、磁層等離子體及電離層等離子體3部分組成。他們是太陽電磁輻照、粒子輻照與地球磁場、地球熱層殘余大氣相互作用的結(jié)果。距離地球表面60公里以上的空間充滿了等離子體。

　　空間等離子體環(huán)境對飛行器的影響主要包括：形成靜電場，污染環(huán)境，影響探測結(jié)果;產(chǎn)生放電脈沖，造成信號失真，影響材料性能和太陽電池光電轉(zhuǎn)化效率等;影響飛行器姿態(tài);高壓太陽電池陣產(chǎn)生弧光放電、電流泄露。

　　輻射環(huán)境

　　空間輻射環(huán)境主要來源包括地球輻射帶、銀河系宇宙射線及太陽質(zhì)子事件，主要成分為電子、質(zhì)子及重離子，主要能量為1～40兆電子伏特。空間輻射環(huán)境中的高能粒子可產(chǎn)生多種輻射環(huán)境效應(yīng)，主要為總劑量效應(yīng)及單粒子效應(yīng)，對飛行器造成各種損傷。

　　輻射效應(yīng)會使電子設(shè)備的性能發(fā)生退化。例如場效應(yīng)管器件發(fā)生輻射效應(yīng)會造成跨導(dǎo)降低、伏安特性曲線畸變、閾值電壓漂移、噪聲增加、阻抗變化等;雙極晶體管器件發(fā)生輻射效應(yīng)會造成晶體管器件增益下降，漏電流增加等。

　　輻射環(huán)境效應(yīng)會對二極管、太陽電池和光電器件造成損傷。輻射效應(yīng)造成二極管反向漏電流增加，正向電阻變大。輻射效應(yīng)還會使太陽電池光電轉(zhuǎn)化效率降低，輸出電壓降低。輻射效應(yīng)還會造成光電器件增益下降，光電轉(zhuǎn)化率降低、噪聲增加。

　　輻射環(huán)境效應(yīng)對聚合物產(chǎn)生影響。聚合物材料暴露于輻射環(huán)境時，其共價鍵被激發(fā)或被電離，產(chǎn)生不可逆化學(xué)反應(yīng)。化學(xué)鍵被打斷后，反應(yīng)物又形成新的化合物，這個過程即輻射降解。輻射降解后的材料其物理性能和化學(xué)性能都發(fā)生退化，影響飛行器的性能和壽命。

　　輻射環(huán)境效應(yīng)還會對生物體造成損傷，生命體受到輻射作用后，會出現(xiàn)功能下降的現(xiàn)象。尤其是在行星際空間長時間執(zhí)行飛行任務(wù)時，會遭受更大劑量的輻射。

　　微流星體環(huán)境

　　微流星體非常小，它們來自于巖石或更大塊碎片的碎裂物，典型成分是金屬，通常產(chǎn)生于太陽系形成之際。在太空中，特別是在地球的附近，普遍存在著微流星體，這些微粒對太空風(fēng)化過程起到了主要作用。但他們撞擊月球或者沒有大氣層的天體(水星或小行星等)的表面時，會造成這些天體表面的溶解與蒸發(fā)，導(dǎo)致模糊、變暗等光學(xué)變化。

　　微流星體對太空探測有著重大威脅。它們相對于地球軌道上的飛行器的速度大約為每秒數(shù)公里，抵抗微流星體的撞擊是設(shè)計航天器所面臨的重要難題。微流星體雖然體積很小，但數(shù)量多時仍會對航天器外殼造成類似噴砂的效果，長期暴露會危害到各系統(tǒng)的性能。對于長期停留在地球軌道上的人造衛(wèi)星等物體，這種極高速撞擊造成的風(fēng)險更高。

　　太陽爆發(fā)下的太空災(zāi)害

　　當(dāng)爆發(fā)劇烈太陽活動時，電磁輻射、高能帶電粒子流和等離子體云3種物質(zhì)和能量形式將先后引發(fā)地球空間環(huán)境擾動，形成一系列“次生災(zāi)害”，例如產(chǎn)生高層大氣密度增加、電離層突然騷擾、極蓋吸收、地磁暴及電離層暴等自然災(zāi)害，這些現(xiàn)象通過各種路徑加劇了對飛行器的影響。

　　協(xié)同環(huán)境效應(yīng)

　　飛行器在太空環(huán)境中經(jīng)受到的不是單一的某種環(huán)境，而是多種環(huán)境的綜合作用，各種環(huán)境因素共同作用時，如太陽紫外線、等離子體、輻射帶、銀河宇宙線、太陽宇宙線等相互活動，會加劇對飛行器產(chǎn)生的影響。

　　太空環(huán)境的重要性

　　微重力：太空中的微重力環(huán)境會導(dǎo)致人體生理系統(tǒng)發(fā)生改變，增加心血管系統(tǒng)的負擔(dān)。

　　高真空：太空中的高真空狀態(tài)意味著宇航員必須承受極低的壓力，這對呼吸系統(tǒng)構(gòu)成嚴重威脅。

　　輻射：宇宙中存在著大量的高能輻射，包括太陽風(fēng)和宇宙射線，這些輻射對人體健康構(gòu)成嚴重威脅。

　　溫度極端：太空中的溫度可以變得非常低，尤其是在遠離恒星的地方，這對人體的溫度調(diào)節(jié)能力提出了挑戰(zhàn)。

　　缺乏資源：太空中缺乏食物、水和其他生活必需品，這要求宇航員必須依賴先進的生命支持系統(tǒng)來維持生存。

　　因此，為了確保宇航員的安全和健康，必須在太空中創(chuàng)造一個適宜的環(huán)境，這通常涉及到環(huán)境控制和生命保障系統(tǒng)，例如提供適宜的壓力、溫度、濕度、氧氣水平和食物供應(yīng)。同時，科學(xué)家們還在不斷研究和開發(fā)新的技術(shù)，以保護宇航員免受太空環(huán)境中各種危險因素的影響。

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