03.04 月球温差300度,探测器都受不住,为何美国宇航员没事?

谢欣桐


月球温差300度,探测器都受不住,为何美国宇航员没事?

尽管嫦娥四号登陆月球背面热度已经有些过了,但在各位关注嫦娥四号登陆新闻的时候,不知不觉就被科普了不少知识,比如月球被潮汐锁定、月球表面的温度等,这就是科技进步后对国民的一个有益的副产品,当然更多的知识意味这更多的问题,比如月球温度最高127℃,最低-183℃,那么围观群众的问题就产生了,如此温差,当年阿波罗11号登月飞船上的宇航员是如何适应如此恶劣条件的?我们来看看阿波罗登月计划中为月面恶劣条件准备那些措施!

一、时机选择

尽管月球的条件如此恶劣,但这却并不是月球每一处的常态,因为月面无大气层的遮挡与保温作用,因此太阳升起,月面温度逐渐上升!太阳下山阳光倾斜,那么温度逐渐下降,进入月夜热量通过月球表面向太空辐射,那么温度急剧下降,待到太阳出来的前一刻,温度下降到极点!因此在登陆时机的选择就很重要了!

1.温度不能太高

2.时间要足够充裕

通过这两个条件筛选,我们了解月球是半个月白天,半个月晚上,那么似乎应该选择在早上8-10点左右的样子,对月面来说大概农历初六至初十之间!当然也会根据月面经度的改变而调整具体登月时间!我们来查查阿波罗11号登月是什么时候实施的就明白了!

通过上图我们了解到阿波罗11号登陆点于月球北纬0.71度,东经23.63度静海边缘,位于月面正中偏右一些,那么理论上来看这个位置的正午大约农历初十-十二之间!阿波罗11的登月时间是什么时候呢?1969年7月20日,对应的农历如下:

确定是农历初七,对应的时间大约是早上十点左右太阳的位置,并没有到正午时分,避开了月面阳光最强烈的时刻!

二、装备选择

当然时机已经选好了,那么总不能光秃秃的就前往月球吧,毕竟月面恶劣环境并不止温度一个,另外还没有大气,很强紫外辐射以及宇宙射线等,因此阿波罗登月为宇航员准备了超强月面行动能够套装!

我们从这副照片中就能看到,这身行当不轻,因为这件月面宇航服就是一艘小型“飞船”,内部的各种生命保障体系面面俱到,为宇航员在月面活动创造了几乎和地面活动一样的内部小环境,温控,压力,空气循环等等,还有一个特别明显的特征不知各位有没有发现,就是宇航员的头盔反光犹如一面镜子,这是因为避免月面反射强光影响视线,这层面罩玻璃是减光防紫外以及防射线的!

这是月面宇航服的各个组成以及详细功能,有兴趣朋友可以仔细研究一番!

阿波罗11号登月任务月面宇航服原型,除了没有头盔和手套以外,各位可以仔细对比月面照片看看,两者是否能一一对应起来!

其实有了这些装备之后,月面环境适应性还是比较强的,并不一定需要选择在月面早上8-10点的时间范围,也可以适当的延后一些,因为月面宇航服的温度工作范围是比较宽的,并且月面温度也并不是每一个点的正午都是这么极端,因此会根据任务的需求灵活调整登月时间,并不如安排的那么死板!


星辰大海路上的种花家


美国宇航员在温差300摄氏度的月球上安然无恙:一是有宇航服保护、二是躲避了月夜和正午高温的时段。

阿波罗载人登月工程准备充分

美国在1969年~1972年共进行了7次载人登月阿波罗11号~阿波罗17号,其中阿波罗13号失败,一共成功六次把12名宇航员送上月球表面,这也是人类最远的足迹。

图:阿姆斯特朗的一小步人类的一大步

虽然七次载人登月看起来很密集很匆忙,但是这是在已经做了充足准备的前提下,这意味着月球上的大体环境是已知的,月球温差也是已知的,几次载人登月的着陆点也是提前确定好的。

正式载人登月之前做了很多准备:

  • 徘徊者号探测器计划(1961—1965年):这个计划共发射9个探测器,拍摄了数万张月球表面照片;

  • 勘测者号探测器计划(1966—1968年):这个计划共发射5个无人探测器在月面软着陆,探测了月球土壤及表面情况,发回来了8.6万张月面照片;
  • 月球轨道环行器计划(1966—1967年):这个计划共发射3个探测器,在40多个预选的着陆区筛选出大约10个预计的着陆点;
  • 双子星座号飞船计划(1965—1966年):载人环月计划,提前练习飞船的一系列操作。

月面温差300摄氏度

月球作为地球唯一的天然卫星,人类自古以来对它就充满着兴趣,这颗卫星距离我们大约38万公里,表面上布满着大量的撞击坑没有大气层。这也意味着月昼太阳直射的时候最高温度可达120摄氏度,月夜没有阳光温度下降至零下180摄氏度,温差将近300摄氏度。但是由于月球被地球潮汐锁定,导航其自转周期和公转周期严格相等,大约是28天,这样温差300摄氏度是在28天这样一个长的时间段,那么月球上不是月夜和正午的时候温度还是可以接受的。

六次载人登月持续时间

阿波罗11号一共在月面待了大约21个小时,而两位宇航员在月面仅仅活动了大约两个小时,看照片影子很长不是正午太阳直射,温度相对不会太高;

阿波罗12号在月面持续31个小时,两位宇航员月面行走大约是7个小时;

阿波罗14号在月面持续33个小时,两位宇航员月面行走大约是9个小时;

阿波罗15号在月面持续66个小时,两位宇航员月面行走大约是18个小时;

阿波罗16号在月面持续71个小时,两位宇航员月面行走大约是20个小时;

阿波罗17号在月面持续74个小时,两位宇航员月面行走大约是22个小时;

后三次载人登月有月球车可以代步,在月面行走的范围就远一点时间也长一点,多数的时候宇航员会在登陆舱内休息。从上边可以看出来载人登月月面行走最长的时间是22个小时,并且是间断行走距离中间有回仓休息。自然会躲避正午高温时刻,选择温度适宜的时候出舱进行科学活动。

航天服就像是一个小型的航天器功能齐全

主要是为了保护宇航员在太空中高低温、真空、辐射、微流星的环境下完成科学任务,美国阿波罗载人登月时候的航天服是第三代-A7L宇航服。这种宇航服极其耐高温最外层是聚四氟乙烯(PTFE),这种材料不仅耐高温并且耐低温,零上150摄氏度短时间内可以承受。



科学黑洞


答:那是因为美国宇航员登月时,选在登月地点的昼夜交替时间段,这时候月面温度不高也不低。


月球绕着地球转,而且月球的自转周期和公转周期相同,所以在月球上也是有昼夜的,根据美国宇航局的资料,阿波罗登月地点都是选在月球正面,一共进行了七次载人登月,其中六次成功,一次失败(阿波罗13号)。

在月球上,一个昼夜周期为29.5天,加上月球上没有空气,使得月球昼夜温差特别大,白天温度高达120℃,夜间降至-170℃。


为了避开月球表面的高温和低温段,阿波罗登月的时间是精心选取的,六次成功的载人登月时间,均在农历初六~初十之间,最晚离开月球表面的是阿波罗12号,离开时间为农历十二。

我们知道,农历是根据月相变化制定的,对于月球正面,每个月的农历初一前后,是太阳直射月球背面,农历十五前后,是太阳直射月球正面。


所以六次阿波罗登月的时间,均是在太阳斜射月球正面的时候,此时月球正面温度正在缓慢升高,平均温度在0摄氏度左右,而且宇航员在月球上停留的时间不长,最长的是阿波罗17号,停留了75小时(农历除六~初十)。

所以在阿波罗登月时,飞船和宇航员并没有经历太大的温差,也没有经历极端高温和超低温,月球表面没有空气,热量只能通过热辐射来传递,而热辐射的传热效率是非常低的。


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艾伯史密斯


气温变化导致材料力学性能的变化,这就是探测器经受不住的原因,而人体有保护措施。但是,月球温差并不是瞬态的热冲击,并且设计之初就已经考虑的这种极端情况,不存在承受不住的可能。下面我来详细探讨下。


1、月球的气温

与我们地球不一样,月球上几乎没有大气。当太阳直射的时候,太阳光直接加热月球,一部分热能保存在月球内部。而当太阳消失时,由于缺少大气,温度很快流失。所以,月球缺少大气层保护,就是月球温差巨大的主要原因。

2、探测器力学性能的温度差异性

通常探测器都是金属材料,还有一些必不可少的塑料。

塑料的性能非常容易受温度的影响,高温可以融化,低温可以脆化。现在有耐高温的塑料,甚至可以耐260,380摄氏度。但是,现在的耐低温塑料可以承受零下50摄氏度的低温,这离零下83摄氏度还有一段距离。并且,这些耐高温耐低温材料,并不能同时耐高温和耐低温。


相对而言,金属材料的性能受温度的影响小一点。大体趋势是:温度越低,金属材料越表现出脆性,偏“硬”。如下图,温度下降,弹性模量变大,材料偏“硬”,但是也更易碎。

下图是断裂能与温度的变化,温度越低,断裂能越小,既更加易碎。

3、人体的温度

人体主要是肉和骨头。光就这材料而言,高温肉变熟肉,低温肉变冻肉。所以,人直接在月球上,肯定活不了了。


人不是不加防护就出现在月球上的,人要么穿着宇航服,要么呆在飞行器里。这些宇航服、飞行器都保护着人体,提供合适的温度、气压。所以,人不会死。


4、原因

飞行器与人一起,同处于月球环境。对于人,由于有飞行器的保护,肯定没有问题。对于飞行器,外侧裸露在极端环境中,内测则是常温。

此时,飞行器受到内外的温差作用。正如上面分析,温差不仅仅造成飞行器结构受到热胀冷缩的影响,同时材料本身的力学性能也发生了变化。


所以,航空材料在选择的时候,就已经考虑了温度的效应,选取对温度敏感性不强的材料,然后再结合结构设计,使之结构能否满足强度、刚度等等的条件。对于那些塑料,都尽量布置于内部,不要裸露于月球极端环境。


另外,温差300°,并不是瞬间转换。从最高温到最低温,都有一定的时间,这就让飞行器结构有了自适应的机会。这样的高低温变换,通过结构设计完全可以满足要求。所以,我们的飞行器经历个一两个,甚至十几个月球昼夜,问题并不是很大。


当然,如果是那种突然出现的热冲击,而设计之初又没有考虑进去,那么飞行器结构肯定承受不了了。


总结

飞行器结构设计之初就已经考虑了月球的极端情况,所以还是可以坚持几个月球昼夜的。并不是像题目所说,承受不了300的温差。人体更不用说了,有保护措施。


力学Nerd王小胖


针对这个问题,我分析了一下几个方面 :

一 宇航员在月球上经历的时间及实际经历的温度。

月球昼夜周期是27.3天左右,白天和夜晚的时间都很长,登月的时间设定在月球正面白天向夜晚转变的时期,此时月球表面温度处于最高温127℃和最低温-183℃之间,相对较舒适的温度。而宇航员在月球上的时间最短21小时,最长75小时,没机会体验昼夜温差的急剧变化 ,所以只要抗住这个温度就OK啦。


二 宇航服的结构

宇航員都會穿着一身特別厚重的服裝,由较高技艺的缝纫工结合现代高科技制成,能给宇航员提供恒温,氧气和稳定气压的生存环境。宇航服共14层,大致分为三部分:贴近身体的液冷服,用于调节宇航员的体温;中间的加压服 ,产生压力持宇航员的身体不向外扩张;最外层的防热服;这种结构的宇航服对于宇航员在月球这段时期的温度是毫无问题的。

三 探测仪在月球工作时间及电气性能说明

探测仪需要长期在月球上工作,会经历整个月球昼夜,所以需要承受白天温度127℃,夜间降至-183℃的剧烈温差,众所周知电子器件只能在一定的温度范围内工作,温度过高或过低,都会造成电气参数的改变,使设备发生故障,而夜晚的月球,温度达-183 ℃,超出电气的工作环境,而储存温度环境就没这么高要求。所以在月球处于昼夜期间,探测仪会进入超低工作模式

结合上述三点,月球温差300度,探测器受不住,美国宇航员没事实属正常。


路灯下仰望星空


月球昼夜温差300℃,但是月球的一个昼夜是地球上的29.5天,美国在月球待最长时间的阿波罗17号,也只待了70来个小时,也就相当于月球一个黄昏或者清晨,温度不高不低。

阿波罗登月时,宇航服技术已经比较成熟了,从1961年加加林进入太空,到美国首次登月的1969年,将近十年时间,人类对太空已经相当了解了,自然知道宇航服需要抗高温和具备一些必须的功能。宇航服抗高温是很强的,150℃以上的高温也不会融化材料,但是不一定可以保证宇航服内部的温度。而月球由于地面和太空的热辐射,白天温度可以达到130℃以上,说的是最高温度,而不是全部14天都维持这么高的温度。

美国登月时充分考虑了登月时间点,从历次登月旗帜、宇航员、登月舱的影子来看,太阳光的入射角度是比较小的,相比之下,我国嫦娥四号玉兔二号巡视车在第一次月昼休眠前发回的图像显示,玉兔二号的影子很短,就在车下。也就是说美国登月是避开了正午的时候,选择在温度不是太高的时候登月,实际上根据一些资料,美国登月时的温度确实不高,宇航服是足够承担的。为了保证宇航员的体力,登月宇航员也不是一直都在活动,而是7、8小时为一个间隔,到点就回到登月舱休息。

航天活动是有比较高的风险的,尤其时载人航天,在实施之前都必然需要做大量的调查,美国也不例外,阿波罗登月前发射了几枚无人登陆探测器和在轨探测器,充分了解了月球的环境后才实施的。


来看世界呀


月球温差是挺大的,从白天的120多摄氏度到夜里的零下一百八十摄氏度,温差在300摄氏度左右,看起来挺渗人的。

但是你得知道月球的一天相当于地球的一个月啊,在月球上,白天14天,晚上14天呢,曾经阿波罗登月在月球上的时间撑死也就三天的时间,全是在白天活动的,所以宇航服只需扛得住高温就可以了。

别以为宇航服就这点能耐,不仅扛得住高温,即便是近地轨道太空环境背光面零下150摄氏度,宇航员进行外太空作业时也不是工作的好好的吗。

宇航服历经几代更新,麻雀虽小,但五脏俱全,舱内宇航服较轻,舱外宇航服较重可达100多公斤,每套舱外宇航服的造价都在千万级及以上。

舱外宇航服抗高温、抗低温、抗辐射,有真空隔热层、最外层的防护层、稍里面一些的液冷服(散热用)、以及最里层的内衣舒适层,所以宇航员在太空中着装宇航服并不会感觉到不舒服。

本文图片皆来自于网络,侵删!


科学船坞


月球基地昼夜温差大,主要原因是没有大气层和海洋来保温。地球上白天受热,因为有大气层保护,到了晚上热量不会立刻散去。地球上的海洋也有调节温度作用,太热可以吸收热量,太冷再释放热量。月球上都是岩石,吸收热量很少,晚上热量很快就散去。所以月球上昼夜冷热相差很大,白天最高达到150多度,晚上最低达到零下150.多度,差距就是三百多度。

美国的几次登月都是选在月球的清晨或傍晚,呆两三天就回去了,避开了正午和深夜的时间。所以不怕超高温和超低温。

月球车是无人驾驶,一举一动都是靠地球人员的指令。月球车建造发射都不易,所以一切都要慎重。一旦损坏,就无法维修。所以尽量避开正午的高温时段和深夜的低温阶段。


多维观世界


昨天没看新闻吗?美国上空间站的飞船还用假人做实验呢?别说几十年前带人蹬月。那只不过吓一吓当时的苏联。属政治阴谋加伪科枝。别忘念书时老师说过,如果没有地磁场,一切形式生命都不会存在。蹬月可是要离开地球的。不是着死吗?看看离地不远空间站人,谁敢脱离地球。就是吹牛。


吴伯康271


因为探测器没穿宇航服


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