2.9　空间飞行环境

空间飞行环境是一个失重、低温、真空、强辐射的极其严酷的综合环境，这对人类征服太空来说是一个严峻的挑战。

当航天器在外太空飞行时，它们的重量都不见了，这种现象称为“失重”。太空本身是没有温度的，它所表现出来的只是太空中物体的温度。当航天器在太空中飞行时，没有空气传热和散热，所以受到阳光直射的一面温度可高达100℃以上，而背阴面温度则可能低至-200～-100℃。

在距离地面50千米以内的空间里，集中了大气中99.9％的气体。同时，随着高度的增加、大气密度的下降，大气压也在逐渐降低。有数据显示，距地面100千米左右高度的大气压只有地面上大气压的百万分之一，接近真空状态。

在太空中，不仅有宇宙大爆炸时留下的辐射，还有各种天体向外辐射出的电磁波，许多天体还向外辐射高能粒子，形成宇宙射线。例如，人们把太阳上发生耀斑现象时所发射出的高能带电粒子流称为太阳粒子辐射，将它辐射出的射电波、红外光、可见光、紫外线、X射线等统称为电磁辐射。许多天体都有磁场，可以俘获高能带电粒子，并因此形成辐射很强的辐射带，如地球的上空就有内、外两个辐射带。

2.9.1　地球大气层

地球的大气层是航空活动的范围，也是航天活动必经的空间环境。

地球大气层指距地面120千米之内的空间，通常把120千米以外的空间叫外层空间。地球大气层环境按大气温度随高度的分布和其他物理特性，可划分为对流层、平流层（又称同温层）、中间层、热层和散逸层（图2-31）。

对流层是大气层中最低的一层，其高度因纬度而不同，在低纬度地区平均高度为17～18千米，在中纬度地区平均为10～12千米，在极地平均为8～9千米，并且夏季高于冬季。这里集中了全部大气3/4的质量和几乎全部的水汽，天气变化最复杂，如雷暴、浓雾、雨雪、大气湍流、切变风等重要天气现象都出现在这一层，这些天气现象对火箭发射、升空飞行都会有很大影响。

另外，在50千米以上、几千千米以下的空间，在太阳紫外线、X射线、微粒辐射的影响下，高层大气经常处于电离状态，大气的电离层会对航天器的无线电通信产生不利影响。

2.9.2　地球行星空间和行星际空间环境

太阳系有八大行星，由里到外依次为水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星；它们都在各自的轨道上绕太阳运行（图2-32）。

围绕行星运行的天体称为卫星，月球是地球唯一的天然卫星；除水星、金星没有卫星外，其他行星都有卫星，有的甚至有几十颗卫星。除行星和卫星外，太阳系还有许多小行星和彗星。这些天体不仅是航天器造访的对象，而且因为它们的环境各不相同，对航天器的探测飞行都有不同的影响。

地球大气层以外地球周围的空间，叫作地球行星空间。太阳系各行星之间的空间，称为行星际空间。

在这样的空间环境中，除高真空、超低温和微流星体外，还有太阳电磁辐射、太阳宇宙线和太阳风（图2-33）等。地球磁场的磁层俘获太阳发出的高能粒子形成地球辐射带，太阳产生耀斑时由高速太阳风引起磁暴和强烈的X射线。这些现象都会对航天活动产生很大的影响。

2.9.3　太阳环境

太阳是个炽热的火球，从内向外分为内部结构（含日核、辐射层、对流层）和大气层。太阳的大气层由里往外分为光球层、色球层和日冕层（图2-34）。

光球层上有一种气体活动现象，导致温度较低的暗淡“黑子”成群出现，其数量不稳定，会向外喷射高能粒子，剧烈时能引起地球磁场爆发、电离层扰动和气候变化。色球层会发生“耀斑爆发”现象，产生大量紫外线、X射线、γ射线和高能带电粒子。日冕层的冕洞不断向外喷射高温磁化粒子，这些带电粒子形成强劲的“气流”即很强的太阳风。这些强辐射高能粒子对航天器和航天员都会造成不利的影响。