航天器如何應(yīng)對極端溫度的考驗

5月5日上午，長征二號丁運載火箭在太原衛(wèi)星發(fā)射中心成功將8顆衛(wèi)星送入太空。引人注目的是，火箭升空時有東西往下掉。網(wǎng)友戲稱，這是為了凸顯火箭“帥得掉渣”。

妙招背后不簡單

其實，掉落的是科研人員為火箭專門設(shè)計的“暖寶寶”——保溫塑料泡沫。原來，特殊塑料泡沫板被輕輕地粘在整流罩周圍，只為確保發(fā)射前的火箭推進(jìn)劑溫度不要過高或者過低，以免影響推進(jìn)效率甚至釀成事故。

有些航天器覆蓋了一層金燦燦或者銀閃閃的“外套”——綽號“黃袍加身”。其實，航天器的“黃袍”不是為了彰顯“尊貴”，更像是坦克配備的厚厚的防彈裝甲，可以理解為有效抵御熱輻射的“防熱裝甲”，學(xué)名叫多層隔熱材料。多層隔熱材料就像是厚厚的多層毯子，主要由反射屏（表層）及間隔物（內(nèi)層）組成。表層的反射屏可以有效地將以太陽輻射為主的宇宙輻射反射回去，效果就像超級英雄的防彈披風(fēng)一樣;而內(nèi)層的反射屏可以阻止航天器內(nèi)部的熱量過多、過快地散逸到真空中，從而起到保溫作用。

除了以上兩種保暖方式，形似稻草的“保暖草氈”也是航天器熱防護系統(tǒng)中頗受青睞的“寵兒”。

精密控制思路廣

從總體上說，航天器的保溫控制方法分為兩種：被動控制與主動控制。

被動控制，顧名思義，是帶有“防御”性質(zhì)的溫度控制方法。即需要給航天器披上有效的“防熱裝甲”，所以多層隔熱材料是其核心組件，使用范圍最廣。

安裝在航天器內(nèi)部的熱管也是很常用的被動溫度控制方法。熱管內(nèi)部儲存的工質(zhì)（如氨水）可以迅速地將一端熱源散發(fā)的熱量吸收，然后通過熱傳導(dǎo)的方式在另一端進(jìn)行散熱，從而控制好航天器內(nèi)部溫度，且整個過程基本不消耗能量。

在吸熱與散熱的過程中，熱管內(nèi)部的工質(zhì)會發(fā)生物理狀態(tài)改變：先從液體蒸發(fā)為氣體，再由氣體冷凝成液體。所以這種工質(zhì)又被稱為“相變介質(zhì)”，相變材料在航天領(lǐng)域的應(yīng)用還包括航天服、返回艙外殼等。

除了多層隔熱材料及熱管，航天器上還會采用隔熱器、隔熱涂層、被動式熱輻射器等多種被動溫度控制裝置。

被動溫度控制的優(yōu)點是簡單方便，消耗能量極少，但也有較明顯的缺點，那就是控溫精度較差。為實現(xiàn)航天器內(nèi)部各區(qū)域溫度的精準(zhǔn)控制，一般還需要安裝主動溫度控制系統(tǒng)。

通俗地理解，主動溫度控制系統(tǒng)的工作原理與家用空調(diào)相似。以常用的工質(zhì)循環(huán)回路熱控系統(tǒng)為例，它利用循環(huán)泵作為動力來驅(qū)動工質(zhì)進(jìn)行循環(huán)流動，在指定的冷卻端收集熱量，并在另一端釋放熱量。這種系統(tǒng)看似只是“高級版熱管”，但可以實現(xiàn)精準(zhǔn)地溫度控制，是航天器中必不可少的一部分。

未來手段更智能

熱控涂層一般通過調(diào)節(jié)航天器的表面陽光吸收率與反射率來穩(wěn)定控制溫度，而智能熱控涂層可以更靈敏地感應(yīng)到太空環(huán)境溫度，改變航天器的陽光反射率，實現(xiàn)航天器溫度系統(tǒng)的自主控制。

相比傳統(tǒng)的熱控涂層，智能熱控涂層具有體積小、質(zhì)量輕、調(diào)控效果靈敏精確等多種優(yōu)勢。依據(jù)航天器遭遇的周圍極端環(huán)境和工作條件，它能自動、實時進(jìn)行自身溫度的調(diào)節(jié)，盡可能避免被動熱控手段所面臨的遙控指令干預(yù)隱患。

（摘自《中國航天報》）