中新網(wǎng)11月5日電 題：有效調節(jié)“嫦娥”的體溫
特約記者 黃琦
每當人們在月夜仰望玉盤樣的月亮，心里聯(lián)想到的是桂花樹、玉兔等美好的神話傳說。其實，真實月球是個極為荒蕪的世界，其周圍無大氣，因此月球上溫差很大，在太陽的照射下，滿月時玉盤中央的溫度最高溫度近130℃，而此時月球的背面，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(wèi)星在月球軌道安全運行，衛(wèi)星熱控系統(tǒng)的設計人員精心進行了系統(tǒng)設計和實施，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計一個重要組成部分，相當于是一套能調節(jié)衛(wèi)星體溫的“空調服”。
如何做這套“空調服”呢？熱控系統(tǒng)設計的基礎條件是對嫦娥一號衛(wèi)星包括整個使命歷程的熱環(huán)境的了解和掌握。為此，嫦娥一號衛(wèi)星熱控系統(tǒng)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(wèi)星熱控系統(tǒng)主任設計師邵興國說，月球太陽光照面和陰影面溫差最大超過300℃，沿軌道繞月飛行的嫦娥一號衛(wèi)星受到月球紅外輻射強度的最大值相當于太陽輻射強度，最小值幾乎等于0，這就是月球環(huán)境的特點。而且在未來的一年中，嫦娥一號衛(wèi)星還要隨月球經歷2次月食，將持續(xù)約300分鐘見不到陽光。面對劇烈波動的月球紅外熱流環(huán)境，面對月食超長的地球陰影時間，這些都對嫦娥一號衛(wèi)星的熱控系統(tǒng)提出了了挑戰(zhàn)。
在真空環(huán)境中，熱量只能通過熱傳導、熱輻射的方式進行傳遞，被衛(wèi)星吸收的來自太陽、月亮熱能，和衛(wèi)星內部各儀器工作產生的廢熱最終通過熱輻射形式輻射到外空環(huán)境中。為了有效調節(jié)“嫦娥”的體溫，設計人員對星外表的狀態(tài)進行了精心設計，主要使用了兩種材料：第一種最為常見，衛(wèi)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。高溫時有隔熱效果；低溫時，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，學名為光學太陽反射鏡(簡稱OSR)，為衛(wèi)星的散熱面，它也被貼在衛(wèi)星的“體表”，不過“占領”的面積要比多層隔熱組件少些。這種材料能將90%的太陽輻射能量直接反射回太空，同時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(wèi)星內部熱量都會被一塊塊的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)星形成一個合適的溫度環(huán)境，為星上各設備正常工作提供了一個良好的熱環(huán)境。
衛(wèi)星熱控系統(tǒng)還采用了一種特殊的產品——熱管，其導熱性能是紫銅的200倍，換句話說假如有人拿著根長2～3米長的熱管一端，將另一端放入100℃沸水中，也就幾秒的功夫，手便會感覺出溫度在飛速上升而不能把持。衛(wèi)星上裝熱管，就是利用它將一個設備或者部位的熱量迅速傳遞到另外一個的設備上去。
衛(wèi)星哪個部位套上“棉襖”，哪個部位只穿“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(wèi)星的體內的設備的位置密切相關。所有的設備不能被熱著，也不能被凍著，如電池，在低溫下其工作效能很受影響，其星內部分被“棉襖”包裹了起來，形成了單獨的溫度控制空間，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,如果溫度過高，燥點過多將影響成像。所以，設計人員用一根熱管將CCD及周圍器件工作時產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(wèi)星體內還布置了160個測溫點，如同一根根感溫神經細胞一樣密切關注每臺設備的溫度，一旦發(fā)現(xiàn)溫度異常，加熱器馬上調節(jié)設備溫度。衛(wèi)星各個特殊部位采用的加熱器共有80路，由衛(wèi)星上計算機進行管理。
正常狀態(tài)下，嫦娥一號衛(wèi)星在距月球表面200公里高度的軌道上運行，交替經過月球的陽面、陰面。衛(wèi)星飛行在月球的陽面時，在太陽的照射和月球紅外熱流共同影響下，衛(wèi)星朝陽面的溫度會迅速升高，衛(wèi)星的另一面溫度又會很低。按照衛(wèi)星任務安排，這樣的情況交替在衛(wèi)星的兩個面上重復，熱控設計人員巧妙地設計了3根U型熱管貼在衛(wèi)星艙外艙板上，將一側的熱量快速傳遞到另一面，同時還利用“棉襖”的隔熱，“小鏡子”的散熱，使整星的熱控品質有很大的提高。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(wèi)星長時間處在陰面。長時間伸手不見五指，又陰冷無比，“嫦娥”如何“過冬”？
據(jù)介紹，當衛(wèi)星沒有太陽光照的情況下，衛(wèi)星熱控系統(tǒng)必須保障幾個關鍵系統(tǒng)正常工作：電源系統(tǒng)、GNC系統(tǒng)、推進系統(tǒng)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。如同人雖然進入睡眠狀態(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)進入最小能量消耗的特定工作模式下，盡量節(jié)省來源于電池能量。據(jù)介紹，衛(wèi)星電池容量近50Ah。如果一部普通手機電池容有1000mAh，待機時間為一周，那么，衛(wèi)星電池可供手機連續(xù)使用近一年，但維持衛(wèi)星正常工作的能量消耗遠非手機可比，衛(wèi)星電池充滿后只能維持衛(wèi)星工作100多分鐘，長達300分鐘的月食如何度過成了任務設計道路上的“攔路虎”。在外無陽光溫暖、內部補償加熱功率受到極大限制的條件下，就衛(wèi)星就如同進入了寒冬，包括電池在內的衛(wèi)星各設備溫度會急劇下降，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，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)還重點保證了GNC、推進、數(shù)管等衛(wèi)星關鍵分系統(tǒng)，使其繼續(xù)在軌道上平穩(wěn)運行，確保衛(wèi)星度過月食期。
相關報道
