航天器在太空會不會被凍“感冒”？

航天器在太空環(huán)境中運(yùn)行會遇到高溫和低溫兩種環(huán)境。因為太陽是一個巨大的熱源，而在太空的真空環(huán)境中無法進(jìn)行傳導(dǎo)與對流散熱，所以在太陽直接照射到航天器時，如果不加防護(hù)，其溫度可達(dá)100℃以上；但當(dāng)航天器進(jìn)入地球或地外星球陰影區(qū)時，溫度又會低于-100℃以下。顯而易見，航天器內(nèi)的各種儀器設(shè)備不可能在如此大的溫差環(huán)境中正常工作。另外，所繞星球的太陽光反射和紅外低溫輻射也會影響航天器溫度；航天器內(nèi)的儀器設(shè)備工作時還要向外散發(fā)熱量。為此，航天器要有熱控制（或叫溫度控制）分系統(tǒng)，把航天器內(nèi)溫度控制在儀器設(shè)備可以正常工作的溫度范圍內(nèi)。

航天器外面的“金銀外衣”用于保溫

1 調(diào)節(jié)溫度“有兩手”

航天器的熱控制就是通過控制航天器內(nèi)外的熱交換，使星體各部位及星上儀器設(shè)備在整個飛行任務(wù)期間都處于正常工作的溫度范圍內(nèi)。一般的電子設(shè)備，如果長時間工作在50℃以上的環(huán)境中就會發(fā)生故障，而化學(xué)電池等一些設(shè)備，如果在0℃以下工作，其效率又會很低。所以，雖然航天器外的溫差在100℃到－100℃之間，但航天器內(nèi)的溫度一般要保持在5～45℃的范圍內(nèi)，個別的部分只允許在恒定溫度下有1～2℃的變化范圍。

航天器的熱控制方法有被動式和主動式兩種。其中被動式熱控制可采用多層隔熱、涂層和熱管等方法；主動式熱控制可采用百頁窗、電加熱器、流體循環(huán)換熱等方法。

2 “保暖內(nèi)衣”可節(jié)能

被動式熱控制是依靠選取不同的熱控材料，合理地組織航天器內(nèi)外的熱量交換過程，其優(yōu)點(diǎn)是不需要消耗能量，只要在航天器的內(nèi)外表面及儀器設(shè)備上采取相應(yīng)的措施就能達(dá)到熱控制的目地。

熱控制使用的熱管熱管用于把發(fā)熱量大的儀器的熱量傳導(dǎo)到不發(fā)熱的儀器上

用多層隔熱材料把需要保溫的儀器包扎起來是最簡單的被動式熱控方法。這種材料由多層鍍鋁聚酯薄膜構(gòu)成，通常用真空沉積法將鋁鍍到聚酯膜的正面或正反兩面。

噴涂法是在航天器外表的不同方位噴涂上白漆、三氧化二鋁等低吸收輻射比的涂層，使航天器吸收太陽的熱量與向外輻射的熱量達(dá)到平衡，以降低蒙皮溫度；在航天器殼體的內(nèi)表面通常噴以高輻射率涂層，以增強(qiáng)各部位之間的內(nèi)輻射，改善殼體溫度的均勻性。也可在航天器表面采取拋光或電鍍的辦法，來提高它的輻射率。

3 太空“空調(diào)”本事大

盡管被動式熱控制簡單、經(jīng)濟(jì)、可靠，但其熱控制精度稍低，控制范圍有限，本身沒有自動調(diào)節(jié)溫度的能力，只適用于一些對溫度調(diào)節(jié)要求比較低、儀器設(shè)備發(fā)熱量不大的航天器。一些對溫度調(diào)節(jié)要求比較高的航天器，還需在被動式熱控制的基礎(chǔ)上采用被動式熱控制。

主動式熱控制很像一般的冷熱空調(diào)，它是用主動加溫或降溫來達(dá)到熱量的平衡，即熱了吹冷氣，冷了送熱風(fēng)。

在航天器表面安裝的能活動的百葉窗也能起到“空調(diào)”的作用。這種百葉窗主要由熱敏動作器、葉片和底板組成，當(dāng)航天器內(nèi)的溫度超過要求的范圍時，用熱敏材料制成的動作器會受到膨脹，使驅(qū)動葉片打開，露出表面涂有高反射涂層且與發(fā)熱量較大設(shè)備基座連在一起的底板，從而調(diào)節(jié)航天器內(nèi)部的溫度。

航天器內(nèi)用的電加熱器一般由電熱絲、溫度敏感元件和恒溫控制器組成，具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、控制精度高等優(yōu)點(diǎn)，既可以用于整艙的主動熱控制，也能用于個別儀器的溫度調(diào)節(jié)，但需消耗星上的寶貴電能，只限用于一些能源比較充裕的航天器上。

流體循環(huán)換熱主要用于發(fā)熱量多的大型航天器或載人航天器。它是采用一套復(fù)雜的流體循環(huán)換熱裝置，即在航天器的各個部位和儀器上用熱收集器收集熱量，然后收集的熱量通過導(dǎo)管中液體的流動帶到一個熱交換器上，再由熱交換器把熱量傳到熱輻射器，通過輻射器把熱量輻射到太空。

在大多數(shù)的情況下，航天器一般采用被動和主動兩種方式聯(lián)合工作，以確保溫度控制的可靠性和高效率。

4 萬一“生病”怎么辦

大型航天器使用的流體循環(huán)換熱裝置

航天飛機(jī)航天員在艙外修理“哈勃”望遠(yuǎn)鏡

盡管采取了上述措施以及其他許多保障航天器安全運(yùn)行的辦法，但也難免所有航天器在惡劣的太空環(huán)境中都不會出現(xiàn)“頭疼腦熱”甚至“病入膏肓”。那么，航天器應(yīng)如何“治病”呢？

由于航天器是在九霄云外飛行，如果出了故障很難修理，所以首先要以預(yù)防為主。為此，要精心設(shè)計，精心施工，始終把可靠性放在第一位，采用科學(xué)合理的方案和高質(zhì)量的航天級元器件，制定多項故障預(yù)案和相關(guān)對策。比如，對航天器上關(guān)鍵儀器采用備份設(shè)計，當(dāng)一臺關(guān)鍵儀器“生病”時立即由地面通過遙控切換到備份儀器工作。此舉雖然增加了重量和復(fù)雜性，但是總比整個航天器不能工作而報廢要好；一些重要的指令也要采取多種手段發(fā)出，以確保執(zhí)行。

航天器在上天前要進(jìn)行各種嚴(yán)格的空間環(huán)境模擬試驗，以發(fā)現(xiàn)和排除航天器的隱患和故障，使其問題在地面得到解決。這些試驗從元件的挑選時就開始，一直到最后進(jìn)行整星試驗。航天器在發(fā)射前要做到零缺陷、零疑點(diǎn)和零故障，即所有問題都要?dú)w零才行。

然而，就像汽車、輪船和飛機(jī)甚至家用電器等其他任何產(chǎn)品一樣，誰都不可能保證100%的不出現(xiàn)故障，何況航天是一項高投入、高產(chǎn)出、高風(fēng)險的復(fù)雜系統(tǒng)工程。航天器本身是由成千上萬個零部件組成，它需用同樣十分復(fù)雜的火箭發(fā)射才能上天運(yùn)行，所以任何一個環(huán)節(jié)或零部件甚至軟件出現(xiàn)故障，都可能導(dǎo)致航天器“癱瘓”以致報廢。

航天器在軌道飛行時，它一直要處于受控的狀態(tài)。萬一航天器出現(xiàn)故障，可通過航天器上的遙測裝置可以很快知道它出現(xiàn)了什么問題。

一般航天器在軌“生病”是很難“治療”的，尤其是硬件出現(xiàn)問題后，通常是不可能更換和維修的。不過，也不能一概而論的。比如，如果火箭沒有把航天器送入預(yù)定軌道，有時可以通過航天器本身多次變軌的方法進(jìn)入預(yù)定軌道。另外，如果航天器入軌后某一部件出現(xiàn)故障，有時可用其他系統(tǒng)來代替其功效。比如，2010年8月14日美國首顆“先進(jìn)極高頻”衛(wèi)星發(fā)射不久，航天器上的肼推力器異常，無法使航天器變軌進(jìn)入地外星球靜止軌道，為此美國用航天器上推力較小的電推進(jìn)系統(tǒng)通過500多次點(diǎn)火來變軌，使該航天器耗時14個月后進(jìn)入預(yù)定的地外星球靜止軌道。

另外，一些價值連城的低軌道航天器也是可以在軌維修且比較合算的。比如，美國曾5次用航天飛機(jī)把出現(xiàn)故障的“哈勃”空間望遠(yuǎn)鏡抓回到航天飛機(jī)艙內(nèi)進(jìn)行在軌修理，然后再釋放出去繼續(xù)工作；美國還曾經(jīng)用航天飛機(jī)把故障航天器帶回地面進(jìn)行大修，然后用火箭發(fā)射，我國長征-3火箭發(fā)射的亞洲-1衛(wèi)星就屬于被帶回地面維修后又重新上天的航天器。

鏈接：

航天器的“常見病”通常有幾種：一是由于火箭的原因，沒有把航天器送入預(yù)定軌道；二是由于航天器入軌后太陽電池翼沒有展開；三是航天器的控制分系統(tǒng)、推進(jìn)分系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)等出現(xiàn)故障；四是操作失誤與軟件故障；五是輻射、撞擊等空間環(huán)境引發(fā)。