空间站，作为人类在地球轨道上的永久性或长期性居所和实验室，并非静止不动，而是围绕地球高速飞行。它的飞行高度是一个至关重要的参数，不仅直接影响其运行环境，还关系到运行成本、维护方式乃至任务安全。本文将围绕【空间站高度】这一核心，深入探讨其方方面面。
空间站高度：它“是什么”？
从最基础的意义上讲，空间站高度指的是空间站相对于地球海平面的平均飞行高度。更准确地说，由于地球并非完美的球体，且空间站轨道呈椭圆形而非正圆，这个高度通常指的是轨道近地点和远地点之间的平均高度，或是一个特定的轨道高度范围。
例如，国际空间站（ISS）和中国空间站（天宫）都运行在地球的低地球轨道（LEO）上。这个轨道区域位于大气层之上，但距离地面相对较近。
典型的空间站高度范围
- 国际空间站（ISS）：其运行高度通常保持在350公里到450公里之间。
- 中国空间站（天宫）：设计及实际运行高度与国际空间站类似，也在350公里到450公里左右的范围内。
这个范围并非固定不变，而是会受到多种因素的影响而持续波动。
空间站高度：“是多少”？具体数值与变化
正如前文所述，空间站的高度不是一个固定点，而是一个动态的范围。虽然我们常说“约400公里”，但精确数值每时每刻都在变化。
轨道衰减与高度降低
即使在350-450公里的高度，地球大气层依然极其稀薄地存在（处于热层底部或外逸层）。空间站在高速飞行时，会与这些稀薄的大气分子产生摩擦，产生微弱的大气阻力。这种阻力会使空间站的轨道能量损失，速度略微降低，从而导致其轨道高度缓慢下降，这一过程称为轨道衰减。
因此，空间站的高度会不断地、缓慢地降低，如果不加以干预，最终会再入大气层。
太阳活动的影响
大气阻力的大小与大气的密度有关。有趣的是，地球高层大气的密度会受到太阳活动（如太阳耀斑、日冕物质抛射）的显著影响。太阳活动增强时，会加热高层大气，使其膨胀，导致在相同高度的大气密度增加，从而使空间站面临更大的阻力，轨道衰减得更快。反之，在太阳活动低迷期，阻力较小，轨道衰减也较慢。
这种衰减的速度取决于当时的高度、空间站的形状和质量（影响阻力系数），以及太阳活动水平。在太阳活动剧烈时，空间站可能每天下降数百米甚至数公里；在平静时期，下降速度会慢得多。
空间站高度：“为什么”选择这个范围？
将空间站定位于350-450公里的低地球轨道是权衡多种因素后的最优选择：
优点：
- 发射成本相对较低：到达低地球轨道比到达更高的地球同步轨道（GEO）或中地球轨道（MEO）所需的能量和燃料要少得多，这显著降低了发射航天器（包括空间站本身、载人飞船、货运飞船等）的成本。
- 易于对接和维护：往返低地球轨道进行人员轮换和物资补给相对容易，对飞船的推进能力要求较低。
- 地球观测优势：较低的轨道高度使得空间站可以更清晰地观测地球表面，有利于地球科学研究、测绘和环境监测等任务。
- 辐射环境相对温和：尽管太空辐射普遍存在，但350-450公里的高度位于地球磁场形成的范艾伦辐射带下方或内侧，这里的辐射强度远低于范艾伦带内部或其外部区域，对航天员的健康和设备的安全更有利。
- 大气层提供的微弱保护：尽管有阻力，但这层极其稀薄的大气层也能提供针对微小空间碎片的微弱保护作用，一些极小的颗粒会在这个高度以下被大气焚毁。
缺点与权衡：
- 存在大气阻力：这是这个高度的主要缺点，如前所述，需要定期进行轨道维持。
- 空间碎片风险：低地球轨道是各种失效卫星、火箭残骸等空间碎片最密集的区域。虽然可以通过机动规避较大碎片，但微小碎片仍然是一个持续的威胁。这个高度虽然躲过了范艾伦带，但恰恰处于碎片高发区，需要持续监测和规避。
选择350-450公里而不是更低（如200公里）是因为更低的高度大气阻力更大，轨道衰减更快，需要更频繁、消耗更多燃料的再入操作，维护成本过高。选择这个范围是一个在发射成本、维护需求、辐射安全和地球观测能力之间的平衡点。
空间站高度：“哪里”是在这个高度？
当讨论空间站“哪里”是在这个高度时，我们指的是其在地球周围空间中的位置和环境。
- 相对于地球：空间站就在我们头顶上方数百公里处，以约7.6公里/秒的速度绕地球飞行。它处于地球最外层的大气层（热层/外逸层）内。
- 相对于其他轨道：它位于近地轨道区域，远低于中地球轨道（如GPS卫星所在的约2万公里）和地球同步轨道（约3.6万公里）。
- 相对于空间碎片：它处于一个相对活跃的空间碎片区域，需要时刻警惕潜在的碰撞风险。
在这个高度上，航天员可以清晰地看到地球的轮廓、大陆、海洋、云层甚至城市的灯光，体验到独特的太空视角。
空间站高度：“如何”维持？轨道提升（Reboost）
由于持续存在的轨道衰减，空间站的高度会不断降低。为了防止其落入大气层而失控解体，必须定期对其轨道进行提升，这一过程称为轨道维持或再入（Reboost）。
如何进行轨道维持？
轨道维持主要通过以下方式实现：
- 空间站自身推进系统：部分空间站舱段（如国际空间站的俄罗斯“星辰”号服务舱、天宫空间站的核心舱）配备有推进器。通过点燃这些推进器，向空间站飞行方向的反方向喷射物质，可以提高空间站的速度。根据轨道力学原理，在轨飞行器通过提高速度，其轨道高度就会随之提升。
- 对接的飞船推进系统：货运飞船（如俄罗斯的“进步”号、欧洲的ATV、日本的HTV、美国的“天鹅座”、中国的“天舟”号）或载人飞船（如中国的“神舟”号）在与空间站对接期间，也可以使用自身的推进器为空间站进行轨道提升操作。这是一种非常常见且高效的方式，可以利用飞船携带的燃料。
执行轨道维持操作时，飞船或空间站自身的推进器会点火一定时间，给空间站一个推力，使其速度增加，从而抬高轨道高度。这些操作需要精确计算，以达到预期的目标高度和轨道形状。
维持频率
轨道维持的频率不固定，取决于前述的轨道衰减速度。在太阳活动高峰期，可能需要每隔几周甚至几天进行一次小型提升；在太阳活动低谷期，间隔时间会更长。每次提升的高度目标也会根据后续计划和燃料储备来决定。
空间站高度：“怎么”应对风险？
这个高度带来的主要风险是空间碎片和轨道衰减。
- 应对轨道衰减：通过定期的轨道维持（Reboost）操作来补偿高度损失，这是核心的应对策略。
- 应对空间碎片：
- 地面监测网络持续追踪地球轨道上的已知空间碎片。
- 如果预测有碎片可能与空间站近距离飞过（达到预警阈值），任务控制中心会计算并执行碎片规避机动（Debris Avoidance Maneuver – DAM）。
- 规避机动通常是小型轨道提升或变轨操作，目的是改变空间站的路径，避开与碎片的潜在碰撞点。
- 对于无法规避的微小碎片，空间站的关键舱体设计有防护结构（如防撞板），以减缓冲击造成的损害。
空间站高度：“如何”确定最终归宿？
一个空间站在完成其使命后，最终会从当前的运行高度退役。从这个高度安全地将空间站送回地面是退役过程的关键一步。
退役过程通常涉及一系列受控的轨道下降操作。通过点燃推进器进行反向制动（与轨道维持方向相反），使空间站的速度降低，从而加速其轨道衰减。这些操作会精确计算，目标是将空间站引导至无人居住区域上空再入大气层，例如南太平洋的“航天器公墓”。绝大部分空间站结构会在再入过程中因剧烈摩擦产生的高温而焚毁，少量残骸会落入预定区域，避免对地面造成危害。
总结
空间站的飞行高度并非随意选择，也非一成不变。350-450公里的范围是在多种工程、科学和经济因素下权衡的结果。它既提供了相对便利的进入条件和温和的辐射环境，也带来了持续的大气阻力和空间碎片挑战。理解和掌握这个高度的特性以及如何对其进行维持和管理，是空间站长期、安全运行的基础。
