中新網(wǎng)11月5日電 題：妙手能工織錦緞 巧做“嫦娥”奔月衣——記嫦娥一號衛星熱控主任設計師邵興國
特約記者 成方
中科院院士、繞月探測工程總設計師兼總指揮葉培建將熱控技術(shù)與軌道設計、測控和數據傳輸以及制導、導航與控制并列為繞月探測衛星的四大技術(shù)難點(diǎn)。而邵興國正是帶領(lǐng)大家突破嫦娥一號衛星熱控技術(shù)難點(diǎn)的人。
臨危受命擔大任
時(shí)間回到2003年9月，那時(shí)嫦娥一號衛星剛剛轉入初樣階段，就像一株剛剛發(fā)芽的幼苗，正需要百般呵護，可作為嫦娥一號衛星最重要的分系統之一——熱控系統的主任設計師和副主任設計師卻在此時(shí)相繼調離。當時(shí)的情況是嫦娥一號衛星熱控技術(shù)狀態(tài)還有很多不確定的地方，設計方案有待于進(jìn)一步細化，更重要的是那時(shí)對于月球的熱環(huán)境知之甚少。熱控分系統關(guān)系重大，一旦熱控停下來(lái)，整個(gè)衛星就得停下來(lái)。由于沒(méi)有現成的經(jīng)驗數據，進(jìn)度要求又十分嚴格，技術(shù)難度極大，接手衛星的熱控工作無(wú)論對誰(shuí)而言都是一個(gè)巨大的考驗。
誰(shuí)能擔此重任？總體部熱控工程技術(shù)研究室的領(lǐng)導和專(zhuān)家們經(jīng)過(guò)慎重的考慮和研究，決定由邵興國出任嫦娥一號衛星熱控分系統主任設計師。
憑著(zhù)多年從事熱控產(chǎn)品研制積累的豐富的工作經(jīng)驗和長(cháng)期刻苦鉆研打下的扎實(shí)基礎，加上強烈的責任感和使命感，思路開(kāi)闊、思維敏捷的邵興國在短短一個(gè)月里就熟悉了衛星熱控分系統及衛星總體的設計，迅速進(jìn)入狀態(tài)，開(kāi)始了嫦娥一號衛星史無(wú)前例、處處充滿(mǎn)著(zhù)探索和挑戰的熱控研制。
發(fā)現月食除隱患
嫦娥一號衛星是探月衛星，面對月球的復雜環(huán)境，擺在邵興國和他的團隊面前的困難也是一個(gè)接一個(gè)。說(shuō)起技術(shù)難題，樁樁件件都歷歷在目，而最讓邵興國他們難忘的還是月食問(wèn)題。
月食是一種自然天象，月球圍繞地球飛行過(guò)程中會(huì )在某個(gè)時(shí)刻進(jìn)入地球的陰影，地球人肉眼可以觀(guān)察到的就是月球逐漸變暗，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后又恢復原狀。月食所經(jīng)過(guò)的時(shí)間就是天文愛(ài)好者常說(shuō)的月亮從初虧到復圓經(jīng)過(guò)的時(shí)間。
月食對衛星有什么影響？衛星的設計狀態(tài)能否順利通過(guò)月食？星上設備能否承受月食的低溫環(huán)境？這些問(wèn)題還不是初期的衛星熱控能完全回答和解決得了的。
邵興國接手嫦娥一號衛星熱控分系統研制后，很快就敏銳地覺(jué)察到月食不僅對衛星有影響，而且這個(gè)影響還相當巨大，對衛星的熱控設計提出了新的挑戰，因為當衛星在環(huán)月過(guò)程中隨月球進(jìn)入地影時(shí)，太陽(yáng)無(wú)法照到衛星上，其影響首先是沒(méi)有了太陽(yáng)能源，能源系統不能滿(mǎn)足正常的衛星能源需求，進(jìn)而是沒(méi)有了太陽(yáng)外熱流，衛星的溫度會(huì )急劇下降，更可怕的是衛星處于陰影區的時(shí)間將可能長(cháng)達5個(gè)多小時(shí)，這是一般衛星所度過(guò)的72分鐘陰影區時(shí)間的數倍，如果這個(gè)問(wèn)題不能得到有效解決，一旦衛星遭遇月食被“凍僵”了，后果將不堪設想。
發(fā)現月食問(wèn)題后，邵興國又馬不停蹄地尋找解決問(wèn)題的辦法，他一方面組織衛星的熱控人員廣泛收集國內外有關(guān)月食期間月球熱環(huán)境的資料，和大家一起討論研究月食期間月球環(huán)境變化對衛星外熱流的影響，為下一步衛星熱控系統的改進(jìn)和完善提供理論依據；另一方面積極向衛星總體設計匯報，詳細論證說(shuō)明了月食問(wèn)題的嚴重性，以期得到衛星總體設計的支持，共同尋求對策。
他的執著(zhù)努力沒(méi)有白費，衛星總體設計充分理解了月食對衛星的影響，經(jīng)過(guò)多方面的協(xié)調和討論，衛星的研制人員都認識到了問(wèn)題的嚴重性并開(kāi)始著(zhù)手尋求解決之道，為嫦娥一號衛星奔月消除隱患。也正是邵興國的這一發(fā)現使衛星在初樣階段就能夠針對月食問(wèn)題及時(shí)采取措施，修改對設備的環(huán)境試驗要求，完善熱控設計，從而保障了衛星在月食期間安全平穩地運行。
熱管專(zhuān)家巧創(chuàng )新
說(shuō)邵興國是個(gè)熱管專(zhuān)家，一點(diǎn)也不為過(guò)。從1983年考上五院研究生，師從閔桂榮院士進(jìn)行熱控研究開(kāi)始，到1986年走上工作崗位獨立從事熱管研究，直至2001年參與型號設計，在將近二十年的時(shí)間里，邵興國一直從事熱管方面研究。熱管是熱控分系統的重要產(chǎn)品，是進(jìn)行熱傳遞和實(shí)現等溫化設計的重要手段。多年的勤奮鉆研和扎實(shí)積累，使邵興國對熱管的性能和品質(zhì)具有十分廣泛深入的了解，這也為他在嫦娥一號衛星的熱控設計中對熱管的出色應用提供了寶貴的經(jīng)驗和理論支持。
當時(shí)面對月食和月球紅外的雙重影響，衛星的熱控系統亟待改進(jìn)，一方面要防止衛星在月食期間由于溫度驟降而被凍傷，另一方面還要防止衛星受到月球紅外的影響溫度急升而被燒傷。由于月球表面溫度存在巨大的起伏,造成環(huán)月飛行過(guò)程月球紅外背景熱流與地球相比有很大差異，地球的背景紅外熱流為恒定值，約為240W/m2；月球紅外熱流是從0~1460 W/m2變化，衛星對月面球的到達熱流峰值比地球環(huán)境高六倍多。時(shí)間緊，任務(wù)重，只能選擇比較成熟可靠的技術(shù)，邵興國首先想到了熱管。
經(jīng)過(guò)縝密的計算和分析，邵興國決定使用三只艙外安裝的U熱管，對衛星上安裝兩蓄電池組艙板進(jìn)行熱耦合設計，同兩艙預埋的熱管形成耦合熱管網(wǎng)絡(luò )系統。這是首次在衛星熱控設計中采用的技術(shù)方案，是新穎和大膽的嘗試，需要經(jīng)過(guò)充分的地面試驗驗證。但此時(shí)這個(gè)技術(shù)方案已經(jīng)來(lái)不及在初樣熱平衡試驗中進(jìn)行驗證了。對此，以邵興國為首的熱控設計人員面臨很大壓力，也充滿(mǎn)了很多期待。為了驗證這個(gè)設想，他多次深入熱管生產(chǎn)車(chē)間和熱管裝配車(chē)間，與熱管生產(chǎn)人員進(jìn)行充分交流，讓熱管設計人員和生產(chǎn)人員充分了解設計意圖，和他們一起解決生產(chǎn)和裝配過(guò)程中的工藝問(wèn)題。工夫不負有心人，在邵興國和全體熱控研制人員的共同努力下，設計方案在正樣熱平衡試驗中其功能經(jīng)過(guò)了充分驗證，嫦娥一號衛星的熱控最終實(shí)現了在國內首次采用常規槽道熱管對星上相對兩艙板進(jìn)行熱耦合的設計方案，配合總體圓滿(mǎn)完成了衛星設計方案。
其實(shí)嫦娥一號衛星使用熱管的創(chuàng )新之處還有不少。干涉成像光譜儀與CCD相機是嫦娥衛星的重要有效載荷，其焦面探測器(即CCD器件)的溫度水平對相機的成像質(zhì)量有很重要的影響。CCD的溫度相對于其它儀器設備允許的溫度范圍較窄，需要單獨設計控溫措施，但是由于月球紅外的影響，對月面不能布置散熱面，月球熱環(huán)境的復雜和惡劣，導致CCD相機的溫度波動(dòng)劇烈。為了平抑CCD相機的溫度波動(dòng)，邵興國創(chuàng )造性利用成熟的槽道熱管生產(chǎn)工藝和充裝技術(shù)，把相變材料當作工質(zhì)充裝到熱管的部分槽道中，讓它與槽道熱管組成相變材料復合熱管。利用相變材料的蓄熱特性，成功解決了CCD相機溫度波動(dòng)的難題，同時(shí)也開(kāi)創(chuàng )一種槽道熱管應用的新方法。
嫦娥一號衛星的熱控一共使用了32根熱管，你可別小看了這32根熱管，它們的數量和安放位置都是經(jīng)過(guò)嚴格論證和實(shí)驗檢驗的，每一根熱管的使用都凝結著(zhù)邵興國智慧和心血。大家說(shuō)：“在嫦娥一號衛星熱控分系統的研制中，邵興國把熱管用出了特色，用出了水平，用得非常成功！”
滿(mǎn)懷自信建功業(yè)
嫦娥一號衛星的熱設計早期采用環(huán)路熱管，后來(lái)由于月食問(wèn)題越來(lái)越突出，必須對原有設計進(jìn)行改進(jìn)，邵興國創(chuàng )造性地提出了“兩艙熱管熱耦合技術(shù)”。當時(shí)，在沒(méi)經(jīng)過(guò)預演和地面驗證的情況下，把這種技術(shù)使用在即將發(fā)射的衛星上，跨度非常大。決定采用這個(gè)技術(shù)，邵興國承擔的風(fēng)險可想而知，一旦嘗試失敗，作為熱控主任設計師，不但他本人要負重大責任，更嚴重的是整個(gè)衛星的研制進(jìn)程都有可能因此被耽擱下來(lái)。但是出于對熱管技術(shù)的熟悉和深刻理解，邵興國頂住壓力，始終充滿(mǎn)自信，他和員工們針對新技術(shù)做了五次內容各不相同的分析，光是分析報告就寫(xiě)了好幾大本。終于，在大量詳盡的階段分析報告的基礎上，新技術(shù)被采用了，而且事實(shí)證明邵興國的自信和堅持取得了巨大的成功，目前整星的測試結果比邵興國他們當初的分析數據還要好。
作為熱控主任設計師，邵興國的工作用他自己的話(huà)說(shuō)就是“在兩頭起作用”。由于嫦娥一號衛星熱設計隊伍的人員構成相對年輕，其中有工程經(jīng)驗的人較少，于是邵興國必須在思想方案的提出和任務(wù)技術(shù)的把關(guān)上多做工作，對年輕人給予指導。當設計中出現問(wèn)題時(shí)，他還要根據自己的經(jīng)驗和積累提出解決方案，為整個(gè)研究過(guò)程把握方向。從嫦娥一號衛星熱控的初期規劃到提出設計方案再到最終實(shí)現設想，由于對整個(gè)過(guò)程和結果有比較強的預計，熱控設計幾乎沒(méi)走什么彎路，這讓邵興國感到十分自豪，他說(shuō)：“整個(gè)方案下來(lái)大家對熱控系統都比較滿(mǎn)意，從目前對于月球的理解而言，我們對所掌握的，所考慮到的問(wèn)題都有所回答，都有所設計、都有所驗證，下一步就要看衛星在天上的表現了�！�
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