太空空间站 ISS 式 · International Space Station

为什么会失重？其实一直在"下落"

很多人以为空间站没有重力，错。408 公里高处的地球引力仍有地面的约 88.5%，一个人在那儿"体重"几乎没减。真正的原因是：空间站和里面的所有东西，以完全相同的速度一起自由下落——就像一部急速下坠的电梯里的人会飘起来一样。区别只在于空间站横着飞得极快（每秒 7.66 公里），它"往下掉的弧线"恰好和地球表面的弯曲同步，于是永远在坠落、却永远够不到地面。这种"绕着地球不停坠落"的状态，就是失重（微重力）。牛顿早就想过：在山顶架一门大炮，把炮弹打得足够快，它就会绕地球飞一圈打到你后脑勺——空间站就是那颗永远打不落的炮弹。

为什么 90 分钟就绕地球一圈？

轨道越低，引力越强，飞得就得越快才不掉下来。在 408 公里高度，空间站必须以每秒 7.66 公里（约 22 倍音速、时速两万七千公里）狂奔，才能维持这条圆轨道。这么快的速度，绕地球一整圈只要约 92.6 分钟，一天能转 15 到 16 圈。这也意味着航天员每天能看到大约 16 次日出和 16 次日落——太阳在他们的窗外每一个半小时就升落一次。这个"90 分钟一圈"完全由两条铁律决定：速度公式 v=√(μ/r) 和周期公式 T=2π√(a³/μ)，高度一定，周期就锁死了，谁也改不了。

太阳翼为什么要不停转动？

空间站几乎全部电力靠太阳翼发电，而发电量取决于阳光正不正对着板面——正对时最多，斜着照就打折（公式里的 cosθ）。可空间站每 90 分钟就绕地球一圈，太阳相对它的方向一直在变；地球绕太阳公转还让阳光的季节角度慢慢漂移。所以太阳翼装了两套转轴：一套（α，SARJ）跟着轨道每圈转一整圈，像向日葵追着太阳；另一套（β，BGA）每片翼自己微调，补偿季节偏移。两轴配合，让板面尽量始终"正脸"迎着太阳，cosθ 尽量接近 1，发电才够用——白天的 58 分钟不仅要供电，还得给电池充满，好撑过 34 分钟钻进地球阴影、太阳翼一点电都发不出来的黑暗期。

散热为什么反而是个大难题？

太空是真空，冷是冷，但真空不导热也不对流——你没法像地面那样"吹风扇散热"。空间站上百千瓦的电子设备、人体、阳光炙烤产生的废热，唯一的出路是靠辐射：把热量以红外线的形式"发射"到深空，这就是那些白色大平板（散热器）干的活。麻烦在于：辐射散热效率不高（和温度四次方成正比，面积再大也有限），而且散热板绝不能被太阳或地球红外照到，否则不但散不掉热，反而会吸热。所以散热器必须和金色太阳翼"背道而驰"，时刻侧对深空、躲开阳光，里面还得用无水氨这种低温工质在管路里循环把热搬出来。全站辛辛苦苦也就净排掉约 70 千瓦——散热能力，往往才是空间站能装多少设备的真正上限。