中新網(wǎng)11月5日電 題：有效調節“嫦娥”的體溫
特約記者 黃琦
每當人們在月夜仰望玉盤(pán)樣的月亮，心里聯(lián)想到的是桂花樹(shù)、玉兔等美好的神話(huà)傳說(shuō)。其實(shí)，真實(shí)月球是個(gè)極為荒蕪的世界，其周?chē)鸁o(wú)大氣，因此月球上溫差很大，在太陽(yáng)的照射下，滿(mǎn)月時(shí)玉盤(pán)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。為了保證嫦娥一號衛星在月球軌道安全運行，衛星熱控系統的設計人員精心進(jìn)行了系統設計和實(shí)施，完成了整星熱控制，呈現在衛星外表的金燦燦、銀閃閃的美麗衣裳就是熱控設計一個(gè)重要組成部分，相當于是一套能調節衛星體溫的“空調服”。
如何做這套“空調服”呢？熱控系統設計的基礎條件是對嫦娥一號衛星包括整個(gè)使命歷程的熱環(huán)境的了解和掌握。為此，嫦娥一號衛星熱控系統的設計師們全面分析了月球的熱環(huán)境，并構建了月球熱模型。該衛星熱控系統主任設計師邵興國說(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衛星受到月球紅外輻射強度的最大值相當于太陽(yáng)輻射強度，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，嫦娥一號衛星還要隨月球經(jīng)歷2次月食，將持續約300分鐘見(jiàn)不到陽(yáng)光。面對劇烈波動(dòng)的月球紅外熱流環(huán)境，面對月食超長(cháng)的地球陰影時(shí)間，這些都對嫦娥一號衛星的熱控系統提出了了挑戰。
在真空環(huán)境中，熱量只能通過(guò)熱傳導、熱輻射的方式進(jìn)行傳遞，被衛星吸收的來(lái)自太陽(yáng)、月亮熱能，和衛星內部各儀器工作產(chǎn)生的廢熱最終通過(guò)熱輻射形式輻射到外空環(huán)境中。為了有效調節“嫦娥”的體溫，設計人員對星外表的狀態(tài)進(jìn)行了精心設計，主要使用了兩種材料：第一種最為常見(jiàn)，衛星艙體外壁的大部分都被貼上了金燦燦的超級隔熱材料——多層隔熱組件。高溫時(shí)有隔熱效果；低溫時(shí)，它保證衛星“體溫”不至于急劇下降，算是衛星的“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(chēng)OSR)，為衛星的散熱面，它也被貼在衛星的“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，從外部環(huán)境中吸收的的熱量和衛星內部熱量都會(huì )被一塊塊的OSR輻射出去，堪稱(chēng)衛星的“汗衫”。有保溫的“棉襖”和散熱的“汗衫”共同作用，最終使衛星形成一個(gè)合適的溫度環(huán)境，為星上各設備正常工作提供了一個(gè)良好的熱環(huán)境。
衛星熱控系統還采用了一種特殊的產(chǎn)品——熱管，其導熱性能是紫銅的200倍，換句話(huà)說(shuō)假如有人拿著(zhù)根長(cháng)2～3米長(cháng)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。衛星上裝熱管，就是利用它將一個(gè)設備或者部位的熱量迅速傳遞到另外一個(gè)的設備上去。
衛星哪個(gè)部位套上“棉襖”，哪個(gè)部位只穿“汗衫”，哪些設備需要熱管導熱，都是很講究的。這些熱控材料的布局與衛星的體內的設備的位置密切相關(guān)。所有的設備不能被熱著(zhù)，也不能被凍著(zhù)，如電池，在低溫下其工作效能很受影響，其星內部分被“棉襖”包裹了起來(lái)，形成了單獨的溫度控制空間，而且，在電池的周?chē)�，還配上了加熱器，以保證它必須的溫度；而有的設備只能在低溫狀態(tài)下工作，如立體相機中的CCD,如果溫度過(guò)高，燥點(diǎn)過(guò)多將影響成像。所以，設計人員用一根熱管將CCD及周?chē)骷ぷ鲿r(shí)產(chǎn)生的熱量引導到艙外，輻射出去，保證了其工作溫度的要求。
衛星體內還布置了160個(gè)測溫點(diǎn)，如同一根根感溫神經(jīng)細胞一樣密切關(guān)注每臺設備的溫度，一旦發(fā)現溫度異常，加熱器馬上調節設備溫度。衛星各個(gè)特殊部位采用的加熱器共有80路，由衛星上計算機進(jìn)行管理。
正常狀態(tài)下，嫦娥一號衛星在距月球表面200公里高度的軌道上運行，交替經(jīng)過(guò)月球的陽(yáng)面、陰面。衛星飛行在月球的陽(yáng)面時(shí)，在太陽(yáng)的照射和月球紅外熱流共同影響下，衛星朝陽(yáng)面的溫度會(huì )迅速升高，衛星的另一面溫度又會(huì )很低。按照衛星任務(wù)安排，這樣的情況交替在衛星的兩個(gè)面上重復，熱控設計人員巧妙地設計了3根U型熱管貼在衛星艙外艙板上，將一側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。月食相當于衛星長(cháng)時(shí)間處在陰面。長(cháng)時(shí)間伸手不見(jiàn)五指，又陰冷無(wú)比，“嫦娥”如何“過(guò)冬”？
據介紹，當衛星沒(méi)有太陽(yáng)光照的情況下，衛星熱控系統必須保障幾個(gè)關(guān)鍵系統正常工作：電源系統、GNC系統、推進(jìn)系統和數據管理系統。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，衛星各分系統進(jìn)入最小能量消耗的特定工作模式下，盡量節省來(lái)源于電池能量。據介紹，衛星電池容量近50Ah。如果一部普通手機電池容有1000mAh，待機時(shí)間為一周，那么，衛星電池可供手機連續使用近一年，但維持衛星正常工作的能量消耗遠非手機可比，衛星電池充滿(mǎn)后只能維持衛星工作100多分鐘，長(cháng)達300分鐘的月食如何度過(guò)成了任務(wù)設計道路上的“攔路虎”。在外無(wú)陽(yáng)光溫暖、內部補償加熱功率受到極大限制的條件下，就衛星就如同進(jìn)入了寒冬，包括電池在內的衛星各設備溫度會(huì )急劇下降，在低溫條件下蓄電池的放電能力將大打折扣。
熱控設計合理地利用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(mǎn)足要求，同時(shí)也保證了月食電池溫度滿(mǎn)足其可靠放電的條件。而且，在熱控系統還重點(diǎn)保證了GNC、推進(jìn)、數管等衛星關(guān)鍵分系統，使其繼續在軌道上平穩運行，確保衛星度過(guò)月食期。
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