太空的平均温度只有-270℃，距离绝对零度不过3度。按常理，这种极寒环境里的空间站应该裹得像个保温杯才对。但事实恰恰相反，国际空间站外壁上最显眼的设备，是一组巨大的白色散热板。这到底是怎么回事？
太空是"冷"的，但不是你想象的那种冷
我们对"冷"的直觉来自地球经验：冬天站在户外，冷风刺骨，身体热量被空气快速带走。这种热量传递方式叫"对流"，热量通过流动的介质（空气或水）从高温物体转移到低温环境。地球上90%以上的日常散热都靠这种方式。
但太空没有空气。
这一点至关重要。太空的-270℃指的是极少数气体分子的平均动能，但问题是那里几乎没有气体分子。国际空间站轨道高度约400公里，那里的大气密度只有海平面的一万亿分之一。换句话说，空间站周围基本是真空。
真空意味着什么？意味着没有介质可以"传导"或"对流"热量。你可以把一杯开水放进太空，它不会像在地球上那样迅速变凉，因为没有空气分子来"搬运"热量。这杯水只能通过辐射慢慢释放能量，而辐射散热的效率比对流差得多。
所以，太空的"冷"是一种奇怪的冷：环境温度确实极低，但你放在那里的东西却很难变冷。就像把一个热水瓶放进一个巨大但完全隔热的冰箱，理论上冰箱很冷，但热水瓶的热量根本散不出去。
这就是空间站面临的真实处境：外面的"冷"够不着它，但它自己产生的热却逃不掉。
空间站不是"怕冷"，而是"怕热死"
空间站是一个密封的金属舱体，里面住着6到7名航天员，运行着上百台设备。这些设备和人，无时无刻不在产生热量。
先说人。一个成年人安静状态下的代谢功率约为80-100瓦，相当于一盏白炽灯泡。航天员在工作、运动时，这个数字会升到200瓦以上。国际空间站常驻6人，光是人体代谢就持续释放600瓦左右的热量。
再说设备。国际空间站上运行的设备功率峰值约75-90千瓦，大部分电能最终会转化为热量。计算机服务器、生命维持系统、实验设备、照明、通讯模块，每一样都在发热。据NASA数据，空间站每天需要排出的废热总量约为14千瓦，相当于持续给40台家用电暖器供电。
这些热量产生在一个密封的罐子里，而这个罐子外面是真空。
如果没有主动散热系统会发生什么？2010年，国际空间站的一套氨冷却回路曾出现故障，导致一半的热控系统失效。NASA不得不关闭部分实验设备和非关键系统，航天员也减少了体力活动。
当时的监测显示，舱内温度开始以每小时0.5℃的速度上升。如果故障持续48小时以上，关键电子设备将过热失效，而一旦温度超过35℃，航天员的生理状态也会受影响。
这次事故后来被归类为"关键紧急事件"，三名航天员进行了两次舱外行走才修复了故障泵。
换句话说，空间站面临的最大威胁不是被冻住，而是被自己的热量"捂死"。
真空中怎么散热的？
既然没有空气可以带走热量，空间站只剩下一条路，辐射散热。
所有温度高于绝对零度的物体都会向外发出电磁辐射，这是热力学的基本定律。辐射功率由斯特藩-玻尔兹曼定律决定：功率与物体表面温度的四次方成正比，同时取决于表面积和发射率。
简单说，要想通过辐射散掉足够的热量，你需要足够大的表面积，足够高的辐射效率，以及足够高的自身温度。
国际空间站的解决方案是一对巨大的白色面板，叫做"热辐射散热器"。这对面板展开后总面积约为74平方米，差不多相当于一个标准网球场的五分之一。
它们由涂有特殊高发射率涂层的铝蜂窝板构成，表面是白色的，反射率高，可以最大限度减少吸收太阳辐射，同时发射率高达0.9以上，意味着几乎把所有接收到的废热都辐射出去。
但面板本身不会主动发热，它需要把舱内的热量"搬"出来。这就涉及到空间站的热控回路系统。
舱内的热量首先被液体冷却循环回路收集。这个内回路用的是无毒的水和乙醇混合物，温度约为4-18℃，它流经各个设备和生活舱段，像血液一样把热量带走。
然后，内回路的热量通过热交换器传递给外回路，一套充满液态氨的管道系统。氨的工作温度在-40℃到+65℃之间，它流向舱外的散热板，再通过辐射把热量释放到太空中。
整个系统的设计容量是14千瓦的持续散热能力。作为对比，一台家用分体空调的制冷功率大约是3-5千瓦。空间站的热控系统相当于同时运行3到5台空调，而且它不能依赖任何空气流动。
你可能会问：既然太空那么冷，为什么辐射散热还能起作用？热量不是会自动从高温流向低温吗？
没错，辐射确实在向寒冷的宇宙背景输送热量。但问题在于辐射效率太低。根据斯特藩-玻尔兹曼定律计算，在空间站外表面温度约0℃的情况下，每平方米表面每秒只能辐射出约300瓦的能量。14千瓦的废热需要大约50平方米以上的有效辐射面积，这就是为什么散热板必须造得那么大。
而且，空间站面临的热环境比你想象的复杂得多。它每90分钟绕地球一圈，其中约45分钟暴露在阳光下，另外45分钟进入地球阴影。阳光直射面的温度可高达+120℃，而阴影面可低至-150℃。散热板的设计必须应对这种剧烈的温度交替，同时确保系统持续运转。
保温和散热必须同时做
到这里，你可能以为空间站只关心散热。但事实并非如此。
空间站在散热的同时，也在做保温，只不过两者针对的是不同的位置和不同的问题。
直面阳光的一侧温度过高，需要反射太阳辐射（这就是为什么空间站外壁有大量白色和镀金涂层）。背阴面温度过低，某些设备和管道需要加热器维持最低工作温度，否则液体会冻结、电池性能会下降。
航天员进行舱外活动时穿的舱外服，既要在阳光下防止过热（用反射涂层），也要在阴影中防止冻伤（用电加热元件）。
2018年，联盟号MS-09飞船与空间站对接期间被发现有一个直径仅2毫米的微孔，导致轻微漏气。事后调查显示，这个孔发生在飞船的轨道舱段，那个舱段长期处于阴影面，表面温度频繁在-100℃以下波动。这种极端低温会加速材料老化和微裂纹扩展。
这说明什么？说明空间站的热管理本质上是一场精密的平衡术：阳面要防热，阴面要保温，舱内要散热，所有系统必须在-150℃到+120℃的温差中协同工作。
相比之下，中国天宫空间站采用的热控方案略有不同。天宫的核心舱和实验舱使用流体回路热控系统，外加可展开式柔性散热板。流体回路的设计容量约为9千瓦，比国际空间站稍小，但足以满足三名航天员常驻的需求。
天宫还采用了"主动隔热+被动控温"的双重策略：在朝阳面使用多层隔热组件（MLI，类似多层太空被），在舱内则用水循环散热。这种模块化设计让天宫能更灵活地应对任务需求的变化。
结语
太空的"冷"是一种孤立的冷，热量无法逃逸，反而会把你困死。人类在真空中建造的每一个生存舱，本质上都是一台与自身废热作战的机器。我们以为在太空需要取暖，其实我们更需要学会如何放热。
热门跟贴