航天器如何应对极端温度的考验

5月5日上午，长征二号丁运载火箭在太原卫星发射中心成功将8颗卫星送入太空。引人注目的是，火箭升空时有东西往下掉。網友戏称，这是为了凸显火箭“帅得掉渣”。

妙招背后不简单

其实，掉落的是科研人员为火箭专门设计的“暖宝宝”——保温塑料泡沫。原来，特殊塑料泡沫板被轻轻地粘在整流罩周围，只为确保发射前的火箭推进剂温度不要过高或者过低，以免影响推进效率甚至酿成事故。

有些航天器覆盖了一层金灿灿或者银闪闪的“外套”——绰号“黄袍加身”。其实，航天器的“黄袍”不是为了彰显“尊贵”，更像是坦克配备的厚厚的防弹装甲，可以理解为有效抵御热辐射的“防热装甲”，学名叫多层隔热材料。多层隔热材料就像是厚厚的多层毯子，主要由反射屏（表层）及间隔物（内层）组成。表层的反射屏可以有效地将以太阳辐射为主的宇宙辐射反射回去，效果就像超级英雄的防弹披风一样;而内层的反射屏可以阻止航天器内部的热量过多、过快地散逸到真空中，从而起到保温作用。

除了以上两种保暖方式，形似稻草的“保暖草毡”也是航天器热防护系统中颇受青睐的“宠儿”。

精密控制思路广

从总体上说，航天器的保温控制方法分为两种：被动控制与主动控制。

被动控制，顾名思义，是带有“防御”性质的温度控制方法。即需要给航天器披上有效的“防热装甲”，所以多层隔热材料是其核心组件，使用范围最广。

安装在航天器内部的热管也是很常用的被动温度控制方法。热管内部储存的工质（如氨水）可以迅速地将一端热源散发的热量吸收，然后通过热传导的方式在另一端进行散热，从而控制好航天器内部温度，且整个过程基本不消耗能量。

在吸热与散热的过程中，热管内部的工质会发生物理状态改变：先从液体蒸发为气体，再由气体冷凝成液体。所以这种工质又被称为“相变介质”，相变材料在航天领域的应用还包括航天服、返回舱外壳等。

除了多层隔热材料及热管，航天器上还会采用隔热器、隔热涂层、被动式热辐射器等多种被动温度控制装置。

被动温度控制的优点是简单方便，消耗能量极少，但也有较明显的缺点，那就是控温精度较差。为实现航天器内部各区域温度的精准控制，一般还需要安装主动温度控制系统。

通俗地理解，主动温度控制系统的工作原理与家用空调相似。以常用的工质循环回路热控系统为例，它利用循环泵作为动力来驱动工质进行循环流动，在指定的冷却端收集热量，并在另一端释放热量。这种系统看似只是“高级版热管”，但可以实现精准地温度控制，是航天器中必不可少的一部分。

未来手段更智能

热控涂层一般通过调节航天器的表面阳光吸收率与反射率来稳定控制温度，而智能热控涂层可以更灵敏地感应到太空环境温度，改变航天器的阳光反射率，实现航天器温度系统的自主控制。

相比传统的热控涂层，智能热控涂层具有体积小、质量轻、调控效果灵敏精确等多种优势。依据航天器遭遇的周围极端环境和工作条件，它能自动、实时进行自身温度的调节，尽可能避免被动热控手段所面临的遥控指令干预隐患。

（摘自《中国航天报》）