宇宙は地上よりも涼しいのでしょうか？宇宙ステーションを「一年中春のような」状態に保つ方法

暑い夏には、人々はいつも涼しい休憩場所を見つけたいと願います。地球温暖化により、地球上で暑さを逃れられる場所がどんどん少なくなり、宇宙は一部の人にとって憧れの場所となっています。

宇宙は本当に地上よりも涼しいのでしょうか？実際、それは状況によって異なります。氷と火の空間で、宇宙ステーションはどのようにして「春のような四季」を維持しているのでしょうか？

宇宙の温度

宇宙では、大気の保護がないため、すべての人工物は太陽の放射線を直接吸収します。

放射線の前面では物体の温度が摂氏100度以上に達する一方、背面ではマイナス100度まで下がることがあります。

涼しさで言えば、確かに場所によっては地面よりも涼しいのですが、ちょっと涼しすぎるくらいです。

宇宙では極端な温度差があるため、宇宙ステーションの建設には、宇宙の温度差に耐えられる特別な材料を使用する必要があります。

宇宙ステーションの建設資材はテストに耐えることができますが、多くの要素を考慮する必要があります。例えば、将来宇宙飛行士が補給のために宇宙ステーションに着陸する可能性があり、ステーション内の温度は人間の生存に適したものでなければなりません。

それだけでなく、我が国の宇宙計画では、宇宙ステーションは宇宙飛行士の常態化と長期滞在を実現しなければなりません。

外界から伝わる温度を遮断し、宇宙ステーションを「一年中春のような」状態に保つ方法が、科学者にとって重要な検討課題となっている。

おそらく、もっと遠い将来、人類は夏の暑さを避けるために宇宙に行くことになるでしょう。

宇宙船用日焼け止め

宇宙船は宇宙に打ち上げられるとすぐに動き始めます。これは重力の影響によるものではなく、宇宙船の表面が太陽放射を均等に受けられるようにし、宇宙船の表面の温度差をより狭い範囲内に制御するためです。

しかし、これによって多くの不便も生じました。神舟12号宇宙船の打ち上げ以前から、この問題は我が国の航空宇宙分野で常に存在していました。

ミッション中、宇宙船は複数の宇宙船が重なり合う状況に直面しました。宇宙船の一部は長い間影の中にあったため、太陽からの放射線を十分に受信できなかった。

船体の小さな部分は、長時間にわたって氷点下100度を超える環境に置かれたため、宇宙船の運行や機器の柔軟性に重大な影響を及ぼした。

船体の一部は長時間放射線にさらされるため、高温となり、数百度の温度差が生じ、機器の耐用年数を簡単に短縮する可能性があります。宇宙空間での機器の修理やメンテナンスは非常に面倒な作業です。

この問題を解決するために、科学者たちは昼夜を問わず研究を重ね、ついに宇宙船に適した「日焼け止め」、つまり熱制御コーティングを開発しました。

この「日焼け止め」の原理は地球の大気の原理に似ています。太陽放射を受けると、放射内の熱の一部を吸収して保存することができます。

宇宙船の特定の部分が影になっている場合、これらの部分の「日よけ」が再び機能し、受け取った放射熱をフィードバックして、宇宙船の温度が低くなりすぎないようにします。

このような「日焼け止め」の層があれば、宇宙船は長期間にわたって同じ場所に留まって動作することができ、温度差による損失が大幅に軽減されます。

もちろん、「日焼け止め」を塗るだけでは十分ではありません。 「日焼け止め」は、外部温度が機器の許容範囲内であることを保証するだけです。温度が内部に伝わると、やはり人間の居住には適さない状態になります。

断熱材の作成

ハイテク断熱材は宇宙船の表面から伝わる温度を遮断し、内部と表面の間に 2 つの独立した温度空間を形成します。

宇宙船の各部に使用されている断熱材の色が異なります。

たとえば、宇宙飛行士のコックピットには灰色の断熱材が使用されており、外部の温度を効果的に遮断すると同時に、少量の熱を吸収して内部の温度を保つことができます。

その他の非居住エリアは、太陽の光と熱を反射し、外気温を完全に遮断するために白い素材で作られています。

さらに、設計面では、科学者は高反射率のフィルムで構成された材料を使用し、それを繰り返し積み重ねて多層反射構造を形成します。

白は太陽光と熱を反射します

このような厚い反射膜は、太陽の放射線さえも簡単に「跳ね返す」ことができます。

断熱性に関しては、反射フィルムを何層も重ねることで車内の温度が外に伝わりにくくなります。反射フィルムに触れた後、温度が車内にフィードバックされ、熱損失を防ぎます。

我が国の宇宙船「天舟4号」が地球を一周するのに90分かかります。この間、天舟4号は太陽の放射側と影側の「氷と火」を14回経験しなければなりません。そのため、科学者たちは天舟4号に「コート」を積み込み、その効果は非常に顕著です。天舟4号は数年間にわたりこのような運用を続けており、内部の機器や設備に目立った損傷は受けていない。

しかし、問題は再び発生します。人間は「日焼け止め」と断熱材だけに頼って、車内の温度を正確に調節することはできません。

場合によっては、キャビン内の温度が40度近くまで上がることもあります。宇宙飛行士は涼しい環境が欲しいときはどうすればいいでしょうか?

宇宙の「セントラル空調」

宇宙ステーションの「セントラル空調」は、主に動作原理において、人々が通常知っているセントラル空調とは異なります。

私たちが普段使っているセントラル空調の原理は、液体を気化させてさまざまな場所に輸送し、冷却した後、コンプレッサーで加熱するというものです。コンプレッサーは低温の外部を高温のガスに変換し、暖房の目的を達成します。

宇宙ステーションの「中央空間」では、特殊な液体を使用して、ステーション内のさまざまなエリアの温度を調節します。科学者たちはこれを流体回路と呼んでいます。

宇宙ステーションの隅々に特殊な液体が散布されています。それらは宇宙ステーション内を往復します。温度が高すぎると、液体がステーション内の温度を吸収します。

過冷却領域に遭遇すると、液体は吸収した温度を放出し、宇宙ステーションは常に適切な温度を維持します。

もちろん、宇宙ステーション内の温度範囲を調整したい場合は、宇宙ステーション内に配布されている特殊な液体を調整するだけで済みます。

同時に、液体の流れの方向と範囲に応じて、特定の部屋に異なる温度を作り出すことができます。条件が許せば、人間は室内でサウナに入ることもできます。

この温度調節方法は、まさに「セントラル空調」と言えます。

我が国最大の宇宙実験モジュールであるウェンティアン宇宙船は、高熱を発する機器や装置を多数搭載しており、我が国の熱制御技術に極めて高い要求が課せられています。

これに対応して、我が国はウェンティアン宇宙船に3セットの特殊な溶液を搭載し、集めた熱を宇宙空間に拡散させました。

実験により、ウェンティアン宇宙船に搭載されたソリューションは、数キロワットの電力をペイロード機器に供給して動作させることができ、ループシステムに影響を与える過度の温度の問題を解決できることが示されました。

3 つの温度制御方法が導入されているため、宇宙ステーションでは一年中自然な春が保たれています。

宇宙温度

宇宙自体の温度（マイナス270℃）は絶対零度に近いことも特筆に値します。宇宙の物体は太陽放射を受ける場合にのみ高温を生じます。

真空状態の「何もない」空間はどのようにして温度を発生させるのでしょうか?

物体が温度を生成できる理由は、物体内の分子がエネルギーを受け取った後、分子の活動によって物体の温度が決まるからです。絶対零度では分子は動かなくなるため、絶対零度より低い温度は存在できません。

同様に、空間の温度は絶対零度より 3°C 高いので、そこには分子が存在するはずです。では、これらの分子はどこから来るのでしょうか?

科学者の中には、宇宙にはビッグバンの残骸である塵が散らばっていると推測する者もいる。これらの塵は非常に小さいですが、実際に存在します。それらの分子は非常に不活性で熱吸収性が低いため、宇宙の温度は摂氏マイナス 270 度まで下がります。

一部の科学者は、これらの温度は実際には宇宙の暗黒物質によって引き起こされていると考えています。暗黒物質が宇宙の 25% 以上を占めていることを知っておく必要があります。それは「幽霊」のように目に見えず、実体のないものです。

さらに、暗黒物質の分子自体は不活性であり、基本的に他の分子と反応しません。したがって、太陽の放射下では、3℃の温度しか吸収できず、空間は絶対零度より高くなり、これは妥当なことです。

科学者の多くは後者を信じる傾向にあります。結局のところ、暗黒物質はあまりにも神秘的で、無限の可能性を秘めています。

人類の技術の進歩により、宇宙の秘密は完全に明らかになると信じています。

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