月球溫差300度,探測器都受不住,為何美國宇航員沒事?

謝欣桐


美國宇航員在溫差300攝氏度的月球上安然無恙:一是有宇航服保護、二是躲避了月夜和正午高溫的時段。

阿波羅載人登月工程準備充分

美國在1969年~1972年共進行了7次載人登月阿波羅11號~阿波羅17號,其中阿波羅13號失敗,一共成功六次把12名宇航員送上月球表面,這也是人類最遠的足跡。

圖:阿姆斯特朗的一小步人類的一大步

雖然七次載人登月看起來很密集很匆忙,但是這是在已經做了充足準備的前提下,這意味著月球上的大體環境是已知的,月球溫差也是已知的,幾次載人登月的著陸點也是提前確定好的。

正式載人登月之前做了很多準備:

  • 徘徊者號探測器計劃(1961—1965年):這個計劃共發射9個探測器,拍攝了數萬張月球表面照片;

  • 勘測者號探測器計劃(1966—1968年):這個計劃共發射5個無人探測器在月面軟著陸,探測了月球土壤及表面情況,發回來了8.6萬張月面照片;
  • 月球軌道環行器計劃(1966—1967年):這個計劃共發射3個探測器,在40多個預選的著陸區篩選出大約10個預計的著陸點;
  • 雙子星座號飛船計劃(1965—1966年):載人環月計劃,提前練習飛船的一系列操作。

月面溫差300攝氏度

月球作為地球唯一的天然衛星,人類自古以來對它就充滿著興趣,這顆衛星距離我們大約38萬公里,表面上佈滿著大量的撞擊坑沒有大氣層。這也意味著月晝太陽直射的時候最高溫度可達120攝氏度,月夜沒有陽光溫度下降至零下180攝氏度,溫差將近300攝氏度。但是由於月球被地球潮汐鎖定,導航其自轉週期和公轉週期嚴格相等,大約是28天,這樣溫差300攝氏度是在28天這樣一個長的時間段,那麼月球上不是月夜和正午的時候溫度還是可以接受的。

六次載人登月持續時間

阿波羅11號一共在月面待了大約21個小時,而兩位宇航員在月面僅僅活動了大約兩個小時,看照片影子很長不是正午太陽直射,溫度相對不會太高;

阿波羅12號在月面持續31個小時,兩位宇航員月面行走大約是7個小時;

阿波羅14號在月面持續33個小時,兩位宇航員月面行走大約是9個小時;

阿波羅15號在月面持續66個小時,兩位宇航員月面行走大約是18個小時;

阿波羅16號在月面持續71個小時,兩位宇航員月面行走大約是20個小時;

阿波羅17號在月面持續74個小時,兩位宇航員月面行走大約是22個小時;

後三次載人登月有月球車可以代步,在月面行走的範圍就遠一點時間也長一點,多數的時候宇航員會在登陸艙內休息。從上邊可以看出來載人登月月面行走最長的時間是22個小時,並且是間斷行走距離中間有回倉休息。自然會躲避正午高溫時刻,選擇溫度適宜的時候出艙進行科學活動。

航天服就像是一個小型的航天器功能齊全

主要是為了保護宇航員在太空中高低溫、真空、輻射、微流星的環境下完成科學任務,美國阿波羅載人登月時候的航天服是第三代-A7L宇航服。這種宇航服極其耐高溫最外層是聚四氟乙烯(PTFE),這種材料不僅耐高溫並且耐低溫,零上150攝氏度短時間內可以承受。



科學黑洞


月球晝夜溫差300℃,但是月球的一個晝夜是地球上的29.5天,美國在月球待最長時間的阿波羅17號,也只待了70來個小時,也就相當於月球一個黃昏或者清晨,溫度不高不低。

阿波羅登月時,宇航服技術已經比較成熟了,從1961年加加林進入太空,到美國首次登月的1969年,將近十年時間,人類對太空已經相當瞭解了,自然知道宇航服需要抗高溫和具備一些必須的功能。宇航服抗高溫是很強的,150℃以上的高溫也不會融化材料,但是不一定可以保證宇航服內部的溫度。而月球由於地面和太空的熱輻射,白天溫度可以達到130℃以上,說的是最高溫度,而不是全部14天都維持這麼高的溫度。

美國登月時充分考慮了登月時間點,從歷次登月旗幟、宇航員、登月艙的影子來看,太陽光的入射角度是比較小的,相比之下,我國嫦娥四號玉兔二號巡視車在第一次月晝休眠前發回的圖像顯示,玉兔二號的影子很短,就在車下。也就是說美國登月是避開了正午的時候,選擇在溫度不是太高的時候登月,實際上根據一些資料,美國登月時的溫度確實不高,宇航服是足夠承擔的。為了保證宇航員的體力,登月宇航員也不是一直都在活動,而是7、8小時為一個間隔,到點就回到登月艙休息。

航天活動是有比較高的風險的,尤其時載人航天,在實施之前都必然需要做大量的調查,美國也不例外,阿波羅登月前發射了幾枚無人登陸探測器和在軌探測器,充分了解了月球的環境後才實施的。


來看世界呀


針對這個問題,我分析了一下幾個方面 :

一 宇航員在月球上經歷的時間及實際經歷的溫度。

月球晝夜週期是27.3天左右,白天和夜晚的時間都很長,登月的時間設定在月球正面白天向夜晚轉變的時期,此時月球表面溫度處於最高溫127℃和最低溫-183℃之間,相對較舒適的溫度。而宇航員在月球上的時間最短21小時,最長75小時,沒機會體驗晝夜溫差的急劇變化 ,所以只要抗住這個溫度就OK啦。


二 宇航服的結構

宇航員都會穿著一身特別厚重的服裝,由較高技藝的縫紉工結合現代高科技製成,能給宇航員提供恆溫,氧氣和穩定氣壓的生存環境。宇航服共14層,大致分為三部分:貼近身體的液冷服,用於調節宇航員的體溫;中間的加壓服 ,產生壓力持宇航員的身體不向外擴張;最外層的防熱服;這種結構的宇航服對於宇航員在月球這段時期的溫度是毫無問題的。

三 探測儀在月球工作時間及電氣性能說明

探測儀需要長期在月球上工作,會經歷整個月球晝夜,所以需要承受白天溫度127℃,夜間降至-183℃的劇烈溫差,眾所周知電子器件只能在一定的溫度範圍內工作,溫度過高或過低,都會造成電氣參數的改變,使設備發生故障,而夜晚的月球,溫度達-183 ℃,超出電氣的工作環境,而儲存溫度環境就沒這麼高要求。所以在月球處於晝夜期間,探測儀會進入超低工作模式

結合上述三點,月球溫差300度,探測器受不住,美國宇航員沒事實屬正常。


路燈下仰望星空


月球溫差300度,探測器都受不住,為何美國宇航員沒事?

儘管嫦娥四號登陸月球背面熱度已經有些過了,但在各位關注嫦娥四號登陸新聞的時候,不知不覺就被科普了不少知識,比如月球被潮汐鎖定、月球表面的溫度等,這就是科技進步後對國民的一個有益的副產品,當然更多的知識意味這更多的問題,比如月球溫度最高127℃,最低-183℃,那麼圍觀群眾的問題就產生了,如此溫差,當年阿波羅11號登月飛船上的宇航員是如何適應如此惡劣條件的?我們來看看阿波羅登月計劃中為月面惡劣條件準備那些措施!

一、時機選擇

儘管月球的條件如此惡劣,但這卻並不是月球每一處的常態,因為月面無大氣層的遮擋與保溫作用,因此太陽昇起,月面溫度逐漸上升!太陽下山陽光傾斜,那麼溫度逐漸下降,進入月夜熱量通過月球表面向太空輻射,那麼溫度急劇下降,待到太陽出來的前一刻,溫度下降到極點!因此在登陸時機的選擇就很重要了!

1.溫度不能太高

2.時間要足夠充裕

通過這兩個條件篩選,我們瞭解月球是半個月白天,半個月晚上,那麼似乎應該選擇在早上8-10點左右的樣子,對月面來說大概農曆初六至初十之間!當然也會根據月面經度的改變而調整具體登月時間!我們來查查阿波羅11號登月是什麼時候實施的就明白了!

通過上圖我們瞭解到阿波羅11號登陸點於月球北緯0.71度,東經23.63度靜海邊緣,位於月面正中偏右一些,那麼理論上來看這個位置的正午大約農曆初十-十二之間!阿波羅11的登月時間是什麼時候呢?1969年7月20日,對應的農曆如下:

確定是農曆初七,對應的時間大約是早上十點左右太陽的位置,並沒有到正午時分,避開了月面陽光最強烈的時刻!

二、裝備選擇

當然時機已經選好了,那麼總不能光禿禿的就前往月球吧,畢竟月面惡劣環境並不止溫度一個,另外還沒有大氣,很強紫外輻射以及宇宙射線等,因此阿波羅登月為宇航員準備了超強月面行動能夠套裝!

我們從這副照片中就能看到,這身行當不輕,因為這件月面宇航服就是一艘小型“飛船”,內部的各種生命保障體系面面俱到,為宇航員在月面活動創造了幾乎和地面活動一樣的內部小環境,溫控,壓力,空氣循環等等,還有一個特別明顯的特徵不知各位有沒有發現,就是宇航員的頭盔反光猶如一面鏡子,這是因為避免月面反射強光影響視線,這層面罩玻璃是減光防紫外以及防射線的!

這是月面宇航服的各個組成以及詳細功能,有興趣朋友可以仔細研究一番!

阿波羅11號登月任務月面宇航服原型,除了沒有頭盔和手套以外,各位可以仔細對比月面照片看看,兩者是否能一一對應起來!

其實有了這些裝備之後,月面環境適應性還是比較強的,並不一定需要選擇在月面早上8-10點的時間範圍,也可以適當的延後一些,因為月面宇航服的溫度工作範圍是比較寬的,並且月面溫度也並不是每一個點的正午都是這麼極端,因此會根據任務的需求靈活調整登月時間,並不如安排的那麼死板!


星辰大海路上的種花家


月球溫差是挺大的,從白天的120多攝氏度到夜裡的零下一百八十攝氏度,溫差在300攝氏度左右,看起來挺滲人的。

但是你得知道月球的一天相當於地球的一個月啊,在月球上,白天14天,晚上14天呢,曾經阿波羅登月在月球上的時間撐死也就三天的時間,全是在白天活動的,所以宇航服只需扛得住高溫就可以了。

別以為宇航服就這點能耐,不僅扛得住高溫,即便是近地軌道太空環境背光面零下150攝氏度,宇航員進行外太空作業時也不是工作的好好的嗎。

宇航服歷經幾代更新,麻雀雖小,但五臟俱全,艙內宇航服較輕,艙外宇航服較重可達100多公斤,每套艙外宇航服的造價都在千萬級及以上。

艙外宇航服抗高溫、抗低溫、抗輻射,有真空隔熱層、最外層的防護層、稍裡面一些的液冷服(散熱用)、以及最裡層的內衣舒適層,所以宇航員在太空中著裝宇航服並不會感覺到不舒服。

本文圖片皆來自於網絡,侵刪!


科幻船塢


答:那是因為美國宇航員登月時,選在登月地點的晝夜交替時間段,這時候月面溫度不高也不低。


月球繞著地球轉,而且月球的自轉週期和公轉週期相同,所以在月球上也是有晝夜的,根據美國宇航局的資料,阿波羅登月地點都是選在月球正面,一共進行了七次載人登月,其中六次成功,一次失敗(阿波羅13號)。

在月球上,一個晝夜週期為29.5天,加上月球上沒有空氣,使得月球晝夜溫差特別大,白天溫度高達120℃,夜間降至-170℃。


為了避開月球表面的高溫和低溫段,阿波羅登月的時間是精心選取的,六次成功的載人登月時間,均在農曆初六~初十之間,最晚離開月球表面的是阿波羅12號,離開時間為農曆十二。

我們知道,農曆是根據月相變化制定的,對於月球正面,每個月的農曆初一前後,是太陽直射月球背面,農曆十五前後,是太陽直射月球正面。


所以六次阿波羅登月的時間,均是在太陽斜射月球正面的時候,此時月球正面溫度正在緩慢升高,平均溫度在0攝氏度左右,而且宇航員在月球上停留的時間不長,最長的是阿波羅17號,停留了75小時(農曆除六~初十)。

所以在阿波羅登月時,飛船和宇航員並沒有經歷太大的溫差,也沒有經歷極端高溫和超低溫,月球表面沒有空氣,熱量只能通過熱輻射來傳遞,而熱輻射的傳熱效率是非常低的。


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氣溫變化導致材料力學性能的變化,這就是探測器經受不住的原因,而人體有保護措施。但是,月球溫差並不是瞬態的熱衝擊,並且設計之初就已經考慮的這種極端情況,不存在承受不住的可能。下面我來詳細探討下。


1、月球的氣溫

與我們地球不一樣,月球上幾乎沒有大氣。當太陽直射的時候,太陽光直接加熱月球,一部分熱能保存在月球內部。而當太陽消失時,由於缺少大氣,溫度很快流失。所以,月球缺少大氣層保護,就是月球溫差巨大的主要原因。

2、探測器力學性能的溫度差異性

通常探測器都是金屬材料,還有一些必不可少的塑料。

塑料的性能非常容易受溫度的影響,高溫可以融化,低溫可以脆化。現在有耐高溫的塑料,甚至可以耐260,380攝氏度。但是,現在的耐低溫塑料可以承受零下50攝氏度的低溫,這離零下83攝氏度還有一段距離。並且,這些耐高溫耐低溫材料,並不能同時耐高溫和耐低溫。


相對而言,金屬材料的性能受溫度的影響小一點。大體趨勢是:溫度越低,金屬材料越表現出脆性,偏“硬”。如下圖,溫度下降,彈性模量變大,材料偏“硬”,但是也更易碎。

下圖是斷裂能與溫度的變化,溫度越低,斷裂能越小,既更加易碎。

3、人體的溫度

人體主要是肉和骨頭。光就這材料而言,高溫肉變熟肉,低溫肉變凍肉。所以,人直接在月球上,肯定活不了了。


人不是不加防護就出現在月球上的,人要麼穿著宇航服,要麼呆在飛行器裡。這些宇航服、飛行器都保護著人體,提供合適的溫度、氣壓。所以,人不會死。


4、原因

飛行器與人一起,同處於月球環境。對於人,由於有飛行器的保護,肯定沒有問題。對於飛行器,外側裸露在極端環境中,內測則是常溫。

此時,飛行器受到內外的溫差作用。正如上面分析,溫差不僅僅造成飛行器結構受到熱脹冷縮的影響,同時材料本身的力學性能也發生了變化。


所以,航空材料在選擇的時候,就已經考慮了溫度的效應,選取對溫度敏感性不強的材料,然後再結合結構設計,使之結構能否滿足強度、剛度等等的條件。對於那些塑料,都儘量佈置於內部,不要裸露於月球極端環境。


另外,溫差300°,並不是瞬間轉換。從最高溫到最低溫,都有一定的時間,這就讓飛行器結構有了自適應的機會。這樣的高低溫變換,通過結構設計完全可以滿足要求。所以,我們的飛行器經歷個一兩個,甚至十幾個月球晝夜,問題並不是很大。


當然,如果是那種突然出現的熱衝擊,而設計之初又沒有考慮進去,那麼飛行器結構肯定承受不了了。


總結

飛行器結構設計之初就已經考慮了月球的極端情況,所以還是可以堅持幾個月球晝夜的。並不是像題目所說,承受不了300的溫差。人體更不用說了,有保護措施。


力學Nerd王小胖


月球基地晝夜溫差大,主要原因是沒有大氣層和海洋來保溫。地球上白天受熱,因為有大氣層保護,到了晚上熱量不會立刻散去。地球上的海洋也有調節溫度作用,太熱可以吸收熱量,太冷再釋放熱量。月球上都是岩石,吸收熱量很少,晚上熱量很快就散去。所以月球上晝夜冷熱相差很大,白天最高達到150多度,晚上最低達到零下150.多度,差距就是三百多度。

美國的幾次登月都是選在月球的清晨或傍晚,呆兩三天就回去了,避開了正午和深夜的時間。所以不怕超高溫和超低溫。

月球車是無人駕駛,一舉一動都是靠地球人員的指令。月球車建造發射都不易,所以一切都要慎重。一旦損壞,就無法維修。所以儘量避開正午的高溫時段和深夜的低溫階段。


多維觀世界


昨天沒看新聞嗎?美國上空間站的飛船還用假人做實驗呢?別說幾十年前帶人蹬月。那隻不過嚇一嚇當時的蘇聯。屬政治陰謀加偽科枝。別忘唸書時老師說過,如果沒有地磁場,一切形式生命都不會存在。蹬月可是要離開地球的。不是著死嗎?看看離地不遠空間站人,誰敢脫離地球。就是吹牛。


吳伯康271


1.登月時間短。2.選擇適當地點。3.選擇適當時機。4.有性能優良的宇航服。。。必有很多機會和選擇。


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