航天器如何應對極端溫度的考驗

5月5日上午，長征二號丁運載火箭在太原衛星發射中心成功將8顆衛星送入太空。引人注目的是，火箭升空時有東西往下掉。網友戲稱，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，只為確保發射前的火箭推進劑溫度不要過高或者過低，以免影響推進效率甚至釀成事故。

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一樣;而內層的反射屏可以阻止航天器內部的熱量過多、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。

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

在吸熱與散熱的過程中，熱管內部的工質會發生物理狀態改變：先從液體蒸發為氣體，再由氣體冷凝成液體。所以這種工質又被稱為“相變介質”，相變材料在航天領域的應用還包括航天服、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。為實現航天器內部各區域溫度的精準控制，一般還需要安裝主動溫度控制系統。

通俗地理解，主動溫度控制系統的工作原理與家用空調相似。以常用的工質循環回路熱控系統為例，它利用循環泵作為動力來驅動工質進行循環流動，在指定的冷卻端收集熱量，并在另一端釋放熱量。這種系統看似只是“高級版熱管”，但可以實現精準地溫度控制，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節航天器的表面陽光吸收率與反射率來穩定控制溫度，而智能熱控涂層可以更靈敏地感應到太空環境溫度，改變航天器的陽光反射率，實現航天器溫度系統的自主控制。

相比傳統的熱控涂層，智能熱控涂層具有體積小、質量輕、調控效果靈敏精確等多種優勢。依據航天器遭遇的周圍極端環境和工作條件，它能自動、實時進行自身溫度的調節，盡可能避免被動熱控手段所面臨的遙控指令干預隱患。

（摘自《中國航天報》）