中新網(wǎng)11月5日電 題：有效調(diào)節(jié)“嫦娥”的體溫
特約記者 黃琦
每當(dāng)人們?cè)谠乱寡鐾癖P樣的月亮，心里聯(lián)想到的是桂花樹(shù)、玉兔等美好的神話傳說(shuō)。其實(shí)，真實(shí)月球是個(gè)極為荒蕪的世界，其周圍無(wú)大氣，因此月球上溫差很大，在太陽(yáng)的照射下，滿月時(shí)玉盤中央的溫度最高溫度近130℃，而此時(shí)月球的背面，最低溫度在零下180℃。與火星相比，月球的熱環(huán)境更為惡劣。為了保證嫦娥一號(hào)衛(wèi)星在月球軌道安全運(yùn)行，衛(wèi)星熱控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員精心進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)施，完成了整星熱控制，呈現(xiàn)在衛(wèi)星外表的金燦燦、銀閃閃的美麗衣裳就是熱控設(shè)計(jì)一個(gè)重要組成部分，相當(dāng)于是一套能調(diào)節(jié)衛(wèi)星體溫的“空調(diào)服”。
如何做這套“空調(diào)服”呢？熱控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)條件是對(duì)嫦娥一號(hào)衛(wèi)星包括整個(gè)使命歷程的熱環(huán)境的了解和掌握。為此，嫦娥一號(hào)衛(wèi)星熱控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)師們?nèi)娣治隽嗽虑虻臒岘h(huán)境，并構(gòu)建了月球熱模型。該衛(wèi)星熱控系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師邵興國(guó)說(shuō)，月球太陽(yáng)光照面和陰影面溫差最大超過(guò)300℃，沿軌道繞月飛行的嫦娥一號(hào)衛(wèi)星受到月球紅外輻射強(qiáng)度的最大值相當(dāng)于太陽(yáng)輻射強(qiáng)度，最小值幾乎等于0，這就是月球環(huán)境的特點(diǎn)。而且在未來(lái)的一年中，嫦娥一號(hào)衛(wèi)星還要隨月球經(jīng)歷2次月食，將持續(xù)約300分鐘見(jiàn)不到陽(yáng)光。面對(duì)劇烈波動(dòng)的月球紅外熱流環(huán)境，面對(duì)月食超長(zhǎng)的地球陰影時(shí)間，這些都對(duì)嫦娥一號(hào)衛(wèi)星的熱控系統(tǒng)提出了了挑戰(zhàn)。
在真空環(huán)境中，熱量只能通過(guò)熱傳導(dǎo)、熱輻射的方式進(jìn)行傳遞，被衛(wèi)星吸收的來(lái)自太陽(yáng)、月亮熱能，和衛(wèi)星內(nèi)部各儀器工作產(chǎn)生的廢熱最終通過(guò)熱輻射形式輻射到外空環(huán)境中。為了有效調(diào)節(jié)“嫦娥”的體溫，設(shè)計(jì)人員對(duì)星外表的狀態(tài)進(jìn)行了精心設(shè)計(jì)，主要使用了兩種材料：第一種最為常見(jiàn)，衛(wèi)星艙體外壁的大部分都被貼上了金燦燦的超級(jí)隔熱材料——多層隔熱組件。高溫時(shí)有隔熱效果；低溫時(shí)，它保證衛(wèi)星“體溫”不至于急劇下降，算是衛(wèi)星的“棉襖”了。第二種材料像小鏡子，表面銀光閃閃，學(xué)名為光學(xué)太陽(yáng)反射鏡(簡(jiǎn)稱OSR)，為衛(wèi)星的散熱面，它也被貼在衛(wèi)星的“體表”，不過(guò)“占領(lǐng)”的面積要比多層隔熱組件少些。這種材料能將90%的太陽(yáng)輻射能量直接反射回太空，同時(shí)自身的熱輻射能力又很強(qiáng)，從外部環(huán)境中吸收的的熱量和衛(wèi)星內(nèi)部熱量都會(huì)被一塊塊的OSR輻射出去，堪稱衛(wèi)星的“汗衫”。有保溫的“棉襖”和散熱的“汗衫”共同作用，最終使衛(wèi)星形成一個(gè)合適的溫度環(huán)境，為星上各設(shè)備正常工作提供了一個(gè)良好的熱環(huán)境。
衛(wèi)星熱控系統(tǒng)還采用了一種特殊的產(chǎn)品——熱管，其導(dǎo)熱性能是紫銅的200倍，換句話說(shuō)假如有人拿著根長(zhǎng)2～3米長(zhǎng)的熱管一端，將另一端放入100℃沸水中，也就幾秒的功夫，手便會(huì)感覺(jué)出溫度在飛速上升而不能把持。衛(wèi)星上裝熱管，就是利用它將一個(gè)設(shè)備或者部位的熱量迅速傳遞到另外一個(gè)的設(shè)備上去。
衛(wèi)星哪個(gè)部位套上“棉襖”，哪個(gè)部位只穿“汗衫”，哪些設(shè)備需要熱管導(dǎo)熱，都是很講究的。這些熱控材料的布局與衛(wèi)星的體內(nèi)的設(shè)備的位置密切相關(guān)。所有的設(shè)備不能被熱著，也不能被凍著，如電池，在低溫下其工作效能很受影響，其星內(nèi)部分被“棉襖”包裹了起來(lái)，形成了單獨(dú)的溫度控制空間，而且，在電池的周圍，還配上了加熱器，以保證它必須的溫度；而有的設(shè)備只能在低溫狀態(tài)下工作，如立體相機(jī)中的CCD,如果溫度過(guò)高，燥點(diǎn)過(guò)多將影響成像。所以，設(shè)計(jì)人員用一根熱管將CCD及周圍器件工作時(shí)產(chǎn)生的熱量引導(dǎo)到艙外，輻射出去，保證了其工作溫度的要求。
衛(wèi)星體內(nèi)還布置了160個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，如同一根根感溫神經(jīng)細(xì)胞一樣密切關(guān)注每臺(tái)設(shè)備的溫度，一旦發(fā)現(xiàn)溫度異常，加熱器馬上調(diào)節(jié)設(shè)備溫度。衛(wèi)星各個(gè)特殊部位采用的加熱器共有80路，由衛(wèi)星上計(jì)算機(jī)進(jìn)行管理。
正常狀態(tài)下，嫦娥一號(hào)衛(wèi)星在距月球表面200公里高度的軌道上運(yùn)行，交替經(jīng)過(guò)月球的陽(yáng)面、陰面。衛(wèi)星飛行在月球的陽(yáng)面時(shí)，在太陽(yáng)的照射和月球紅外熱流共同影響下，衛(wèi)星朝陽(yáng)面的溫度會(huì)迅速升高，衛(wèi)星的另一面溫度又會(huì)很低。按照衛(wèi)星任務(wù)安排，這樣的情況交替在衛(wèi)星的兩個(gè)面上重復(fù)，熱控設(shè)計(jì)人員巧妙地設(shè)計(jì)了3根U型熱管貼在衛(wèi)星艙外艙板上，將一側(cè)的熱量快速傳遞到另一面，同時(shí)還利用“棉襖”的隔熱，“小鏡子”的散熱，使整星的熱控品質(zhì)有很大的提高。因此“嫦娥”雖然身臨“酷熱”“酷冷”天上宮闕，還是可以悠然自得的盡情“賞月”。
月有陰晴圓缺。月食相當(dāng)于衛(wèi)星長(zhǎng)時(shí)間處在陰面。長(zhǎng)時(shí)間伸手不見(jiàn)五指，又陰冷無(wú)比，“嫦娥”如何“過(guò)冬”？
據(jù)介紹，當(dāng)衛(wèi)星沒(méi)有太陽(yáng)光照的情況下，衛(wèi)星熱控系統(tǒng)必須保障幾個(gè)關(guān)鍵系統(tǒng)正常工作：電源系統(tǒng)、GNC系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。如同人雖然進(jìn)入睡眠狀態(tài)，其它器官處于睡眠模式，但血液循環(huán)正常，呼吸暢通。
月食狀態(tài)下，衛(wèi)星各分系統(tǒng)進(jìn)入最小能量消耗的特定工作模式下，盡量節(jié)省來(lái)源于電池能量。據(jù)介紹，衛(wèi)星電池容量近50Ah。如果一部普通手機(jī)電池容有1000mAh，待機(jī)時(shí)間為一周，那么，衛(wèi)星電池可供手機(jī)連續(xù)使用近一年，但維持衛(wèi)星正常工作的能量消耗遠(yuǎn)非手機(jī)可比，衛(wèi)星電池充滿后只能維持衛(wèi)星工作100多分鐘，長(zhǎng)達(dá)300分鐘的月食如何度過(guò)成了任務(wù)設(shè)計(jì)道路上的“攔路虎”。在外無(wú)陽(yáng)光溫暖、內(nèi)部補(bǔ)償加熱功率受到極大限制的條件下，就衛(wèi)星就如同進(jìn)入了寒冬，包括電池在內(nèi)的衛(wèi)星各設(shè)備溫度會(huì)急劇下降，在低溫條件下蓄電池的放電能力將大打折扣。
熱控設(shè)計(jì)合理地利用U型熱管技術(shù)，因此減少的蓄電池外部的散熱面面積，既可確保電池高溫滿足要求，同時(shí)也保證了月食電池溫度滿足其可靠放電的條件。而且，在熱控系統(tǒng)還重點(diǎn)保證了GNC、推進(jìn)、數(shù)管等衛(wèi)星關(guān)鍵分系統(tǒng)，使其繼續(xù)在軌道上平穩(wěn)運(yùn)行，確保衛(wèi)星度過(guò)月食期。
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