平均温度零下270℃的太空，为何空间站的散热却成了个问题？

在4月29日，我国长征五号B二运载火箭搭载着空间站的“天和”核心舱发射成功，天和核心舱重达22.5吨，内部容积达到了近50立方米，未来我国还将对该空间站进一步扩展，其中包括两个实验舱，那时我国“天宫”空间站将化身成为国家级“太空实验室”。那么谈到空间站，我们再来了解一个空间站中常被人忽略，甚至被很多人认为是一个“反常识”的问题，那就是空间站是如何散热的？

什么？空间站还需散热？这肯定是很多人对这个问题的第一反应，毕竟我们都知道太空中是极其寒冷的，平均温度为零下270.3摄氏度，仅比绝对零度高了不到3摄氏度，在这么寒冷的条件下，能够保持温度就不错了，为何空间站却还要增加散热？

要弄明白这个问题，首先我们要弄清楚热量是如何传递的。

热量是如何传递的？

我们平时所理解的温度就是物体的冷热程度，但冷热程度只是我们所感受到的一个外在表现，要了解温度的本质，我们还得从微观层面进行分析。从微观上来讲，温度实际上是物体分子热运动的剧烈程度，是物体分子运动平均动能的标志。我们知道，任何物体中的分子或原子都在不停地无规则运动，分子运动愈快，即温度愈高，物体愈热；分子运动愈慢，即温度愈低，物体愈冷。

当一个低温物体与高温物体接触时，高温与低温物体中的粒子之间将会相互碰撞，由于高温物体中内部微观粒子平动能更大，则该物体粒子的动能便会传递给低温物体中的粒子，导致低温物体中粒子平动能增大，从而使低温物体温度升高，这也便是热量的传导过程。当然热量的传递并不只有这一种，还包括热对流以及热传导，一共三种方式。

热对流这种热量传递方式仅发生在液体和气体中，由于流体中的分子同时进行着不规则的热运动，因此对流必然伴随着导热。热传导与热对流都有着一个共同的特点，就是只发生在相互接触的物体之间，而热辐射与这两种传导方式明显不同，热辐射可以“隔空”进行传递。

世界上一切高于绝对零度的物体都会不停地向外部持续发出辐射，也就是发出电磁波，人体也是一样，我们时时刻刻都在向外辐射着红外线电磁波，而电磁波的传递并不需要介质，因此通过热辐射传递能量可以在真空中进行，自然界中各个物体都不停地向空间发出热辐射，同时又不断地吸收其他物体发出的热辐射，形成一个动态变化。

▲黑暗环境下通过检测物体辐射出的红外线进行成像

这三种传热方式相比，通常热传导以及热对流的传热效率较高，而热辐射效率较低，散热过程更为缓慢，例如我们用双层的真空保温杯装入热水时，相当于切断了热水通过热传导进行散热（当然实际情况还是无法做到完全隔绝），因此保温时间变得很长。

空间站中的散热系统

在太空由于处于真空环境，因此空间站无法通过热传导和热对流与外界交换能量，只能通过热辐射，而热辐射散热的速度很慢，空间站中又有大量设备运行不断地产生热量，因此空间站必须要考虑散热问题，目前的做法是通过增加大量的散热片向外辐射能量从而对设备进行降温，同时配合冷却剂循环系统对热量进行转移。

▲国际空间站中的散热片

根据设备需求的不同，冷却剂种类也不一样，常用的冷却液包括氨水以及氟化物等，如下图不同颜色的标记为空间站中不同的循环冷却系统。

在增加空间站散热的同时，空间站还会在设备表面采用特殊材料包裹，这些材料具有较高的辐射反射率，能够减少对太阳辐射的吸收，同时还具有较好的隔热性能，能尽量减少热量向内部传导。实际上空间站的整个温度控制系统十分复杂，设备姿势的改变，以及位置的变化都会影响到热量的平衡，因此需要根据实际情况进行不断调整，将吸收与辐射能量保持在平衡的状态，这样空间站内部才能一直保持恒定的温度，让航天员长期驻留。