第一节
地理位置
——空间站的轨道设计

中国空间站运行在距离地球表面约400km高度的轨道上。选取这个高度涉及两条重要的线—— 卡门线 和 范艾伦辐射带 ， 卡门线规定了空间站距离地面最近的距离，范艾伦辐射带规定了空间站距离地面最远的距离。

卡门线是航天工程学家 西奥多·冯·卡门 提出的，中国著名科学家钱伟长、钱学森、郭永怀都是他的亲传弟子。根据冯·卡门的计算，在距离地球100km以上的空间，因为大气过于稀薄，无法产生足够的升力，飞机将无法飞行。简单来说，可以 把100km以内定义为航空，而100km以外定义为航天 。目前，国际航空联合会已经将100km的高度定义为大气层和太空的界线，距地面100km就是 “卡门线” 。

作为在宇宙中翱翔的空间站，毫无疑问，其选址必须要大于100km，那是不是越高越好呢？答案是否定的。空间站不能超过600km的高度，因为那里有另一个约束条件—— 范艾伦辐射带 。

范艾伦辐射带是美国物理学家 詹姆斯·范艾伦 于1958年发现并以他的名字命名的，分为内带和外带，内带为距离地球600～5000km的外层空间，外带为距离地球13 000～20 000km的外层空间。其中存在着大量被地球磁场俘获的高能粒子，这些高能粒子会对飞行器造成较大的危害， 为了保证空间站和航天员的安全，空间站不宜建在600km以外的宇宙环境中。

因此，中国空间站的选址位置缩小至 距地球表面100～600km的范围。锁 定了这个范围，最终选择什么样的高度需要用系统思维来综合考虑。

首先， 轨道不是越高越好 。选择轨道 需要结合任务目标综合考虑火箭运力、航天器质量等因素。 轨道高度越高，同样运力的火箭能够分给“乘客”的质量越小，意味着能携带的实验设施越少。比如用于发射中国空间站的“长征五号”火箭，近地轨道的运载能力为25t，而到更高的地球同步轨道，其运载能力为14t。为了能够开展更多空间实验，空间站需要选择合理的轨道高度。

同时， 轨道也不是越低越好 。在600km以下的轨道空间中依然存在稀薄的大气，而且距离地球越近，大气密度越大。 依据万有引力公式，距离地球越近，地球对于空间站的引力也就越大。 在过低轨道停留时间过长，空间站受到大气阻力和地球引力的共同作用，轨道就会降低，这样就需要使用更多的燃料来维持轨道的高度，从而影响空间站的运行寿命。

因此，设计师综合考虑后的 “最佳选址”是距离地球表面约400km的近地轨道， 这一高度可以有效规避上述各种问题。