隨著航天技術(shù)的發(fā)展，不斷有宇航員進(jìn)入太空中，甚至在很多年前，人類還建立了國際空間站，在宇宙探索的道路上邁出了極大一步。

國際空間站

然而我們在看有關(guān)的影像或者資料時，會發(fā)現(xiàn)一些奇怪的事情，比如說宇航員要在空間站外面穿著厚厚的宇航服，但是在空間站內(nèi)部，卻穿的較為單薄。

空間站是怎么供熱的，居然能將站內(nèi)的熱量維持在人體恰好適應(yīng)的范圍？供熱技術(shù)怕是不比造火箭簡單的多吧？

而真實情況卻讓人跌掉眼鏡，因為，空間站不僅不需要怎么發(fā)愁供熱，甚至還需要想盡辦法散熱！

這是怎么回事呢？我們接下來從以下幾個方面來進(jìn)行了解。

宇航員王亞平在太空艙內(nèi)穿著較為休閑單薄

宇宙的溫度

我們都知道，宇宙很冷，大概在零下270攝氏度，卻不知道為什么太空這么寒冷，我們先來講講原因。

溫度是什么呢？

溫度要想存在，離不開兩個因素，一個是物質(zhì)本身，一個則是物質(zhì)本身的運動。

另外，從宏觀層面上來說，溫度就是物體的冷熱程度，從微觀上來說，溫度的產(chǎn)生其實是由于分子的運動。

分子熱運動示意圖，也被稱為布朗運動

分子運動的越快，物質(zhì)的溫度就越高，同樣的，分子運動的越慢，物質(zhì)也就越冷，這也是為什么人們在運動的時候會感覺熱，長時間不動則會感覺到冷。

總的來說，物質(zhì)是溫度存在的基礎(chǔ)，運動是溫度產(chǎn)生的條件，速度則決定了溫度的高低。

那么宇宙為什么那么冷呢？宇宙內(nèi)的天體不也在運動嗎？

溫度是物體分子間平均動能的表現(xiàn)

我們都知道宇宙很大，但是也很空，動輒距離就是以光年計算的。

宇宙有多空呢？根據(jù)科學(xué)家計算的宇宙微波背景輻射數(shù)據(jù)，我們可以知道宇宙中一立方米的空間大概只存在一個原子。

一個原子能產(chǎn)生多少的熱量呢？

因此在太空中，宇宙的溫度可以低至零下270攝氏度，僅僅比絕對零度高了一點點而已——絕對零度為零下273.15攝氏度。

目前發(fā)現(xiàn)宇宙最冷的地方布莫讓星云，溫度為 272.15 C

在絕對零度的情況下，所有的粒子都會停止運動，勢能和動能、內(nèi)能皆為0，不會發(fā)生任何的能量轉(zhuǎn)化。

由于宇宙內(nèi)存在的天體還在運動，因此自然不可能達(dá)到絕對零度的溫度，但也沒有高出來多少。

絕對零度概念圖

如此對比之下，大概就知道宇宙中的溫度到底是有多么的冷了，那么在宇宙中航行的太空站是如何保障站內(nèi)溫度的？會不會一不留神太空站內(nèi)就變成了冰窟窿呢？

就像是影片《太空救援》中出現(xiàn)的情節(jié)，蘇聯(lián)的“禮炮七號”空間站意外出故障，導(dǎo)致站內(nèi)成了冰雪的世界，現(xiàn)實中會出現(xiàn)這種情況嗎？

《太空救援》：空間站內(nèi)結(jié)滿了冰

來自太陽的溫度可以保障空間站源源不斷的熱量供應(yīng)嗎？

位于太陽和地球之間的區(qū)域，為什么不能像地球一樣接收來自太陽的熱量呢？

那樣的話，繞著地球運行的空間站就可以像是在地球上一樣了，不用擔(dān)心會不會凍死的問題。

我們接下來說說這些問題的答案。

光太陽表層的溫度就高達(dá)五千八百開爾文

溫度的傳遞

我們都知道，地球的溫度與太陽息息相關(guān)，太陽為地球提供了一大部分的熱量，那么為什么太陽到地球的這一部分空間卻如此寒冷沒有溫度呢？這就要談到溫度的傳遞方式了。

溫度的傳遞本質(zhì)上是能量在物質(zhì)之間的傳遞，主要方式有三種，分別是熱傳導(dǎo)、熱對流和熱輻射。

熱傳遞的三種形式

熱傳導(dǎo)是我們生活中最常見到的溫度傳遞方式，在影視劇中，我們也經(jīng)常看到這一幕，一個鐵匠將燒紅的鐵放入到了冷水中，鐵就冷卻下來了；又或者冬天時候，我們拿著熱水袋，可以將手焐熱，雪花掉在掌心馬上就會化作水；在夏天，冰冷的雪糕放在地上很快就會融化……

這些都是熱傳導(dǎo)，熱傳導(dǎo)其實就是不同物質(zhì)之間通過接觸進(jìn)行的熱量傳遞，但是在真空中卻無法進(jìn)行熱傳導(dǎo)，因為熱傳導(dǎo)需要介質(zhì)，而宇宙卻是真空環(huán)境。

熱傳導(dǎo)示意圖

我們平時使用的熱水杯就利用了這個原理，將夾層中間抽成了真空環(huán)境，這樣就可以阻斷熱量傳播了，保證水溫可以在較長時間內(nèi)處于一個溫度下。

既然如此，那么達(dá)到地球的太陽熱量自然不會是通過這一種方式，空間站也無法通過熱傳導(dǎo)來獲得熱量。那么熱對流呢？

保溫杯的構(gòu)造圖

熱對流是指兩種具有不同溫度的流體通過運動，導(dǎo)致雙方相互融合從而產(chǎn)生的熱量傳遞，主要是氣體和液體的熱量傳遞方式。

比如將手放在一杯剛泡好的滾燙的茶水上方，可以感受到燙熱的溫度，還有天地間的風(fēng)，正是由于冷熱氣流交匯產(chǎn)生的。

熱對流概念圖

其實熱對流也需要介質(zhì)，既然需要介質(zhì)，宇宙中自然也不會存在這種熱量傳遞，就剩下熱輻射了。

熱輻射是指具有溫度的物體自身向外發(fā)射能量的溫度傳遞方式，它不需要借助媒介就能進(jìn)行，通常是以電磁輻射的形式發(fā)出能量，溫度的高低和輻射的強(qiáng)弱呈正比。

太陽熱輻射示意圖

我們生活中也存在不少的熱輻射例子，比如我們圍著火爐烤火的時候，就會感覺很暖和，其實就是火堆通過釋放自身能量，幫助我們升高了體溫。

太陽的熱量正是通過這樣的方式傳遞到地球上的，由于太陽到地球之間的區(qū)域沒有任何物質(zhì)存在，因此這片區(qū)域自然不可能是有溫度的。

太陽輻射波譜（地球）

太空站必須散熱

在航天領(lǐng)域內(nèi)，如何對那些衛(wèi)星、空間站、飛船等進(jìn)行溫度控制是個讓人不得不謹(jǐn)慎考慮的問題。

目前，在宇宙中運行的各種宇航器的熱量來源主要有兩種，一種來自太陽產(chǎn)生的熱輻射，另外一種則是宇航器內(nèi)部各種系統(tǒng)運作過程中產(chǎn)生的熱量。

由溫度產(chǎn)生的條件我們可以知道，在航天器這個密閉的空間里，許許多多的儀器正在工作著，自然會產(chǎn)生許多熱量，而太陽的熱輻射方式，雖然不能溫暖太陽到地球這一區(qū)域，但是為航天器供暖還是可以的。

空間站中儀器眾多

空間站自然也不例外，站內(nèi)的熱量供應(yīng)也是來自這兩方面，兩種熱量在空間站內(nèi)集聚，而空間站卻無法通過熱傳導(dǎo)、熱對流等方式散熱，熱輻射的方式又很緩慢，因此慢慢的，空間站內(nèi)的溫度會越來越高。

在這種情況下，空間站如果不進(jìn)行散熱，恐怕會導(dǎo)致內(nèi)部儀器起火或者出現(xiàn)故障，嚴(yán)重的話甚至?xí)?dǎo)致墜毀。

空間站的內(nèi)部設(shè)施

因此，科學(xué)家不僅沒有在維持空間站供暖方面下足心思，反而在散熱方面絞盡腦汁，想盡辦法讓空間站內(nèi)多余的熱量傳遞出去。

到目前為止，航天器還沒出現(xiàn)過類似的事故，那就說明科學(xué)家已經(jīng)解決了這個難題，那么他們到底是采用了什么技術(shù)呢？

中國載人空間站“天宮”

由于空間站在太空中只能選擇熱輻射這一種熱量散失方式，因此科學(xué)家便研發(fā)了一種熱輻射散熱裝置——散熱片。

當(dāng)空間站溫度超過一定閾值的時候，冷卻系統(tǒng)就會利用水或者空氣將這些熱量傳遞給散熱片，再由散熱片以熱輻射的方式將溫度傳遞到冰冷的太空中，這樣空間站就可以維持著一定的溫度了。

這也是為什么空間站內(nèi)的宇航員穿著并不是厚重，而是較為單薄的原因。

在外部貼上了科研人員特制的“多層隔熱層”

不過由于散熱片的技術(shù)屬于機(jī)密，因此在很多航天器上的散熱片都被隱藏起來了，我們看不到有關(guān)散熱片的裝置。

如果我們仔細(xì)比對過國際空間站的不同照片，那么我們會發(fā)現(xiàn)空間站有兩種不同的電板，沒有顏色或者是白色的電板其實就是國際空間站的散熱片，有顏色的其實才是太陽能電池板。

國際空間站上的散熱板示意圖

隨著科技的發(fā)展，我們有理由相信，科學(xué)家一定可以研發(fā)出更好的散熱裝置，有效降低空間站或者其它航天器的溫度控制問題。