又帥又萌又酷，航天器保溫招數(shù)多

航天器面臨極端溫度的考驗(yàn)，如何穩(wěn)定保溫呢？其實(shí)，高端的航天器往往只需要最樸素的保溫方式，比如“暖寶寶”，還有“黃袍加身”“保暖草氈”等又酷又萌的手段，大家不妨了解一下。

妙招背后不簡(jiǎn)單

5月5日上午，長(zhǎng)征二號(hào)丁運(yùn)載火箭在太原衛(wèi)星發(fā)射中心成功將8顆衛(wèi)星送入太空。引人注目的是，火箭升空時(shí)有東西往下掉。網(wǎng)友戲稱(chēng)，這是為了凸顯火箭“帥得掉渣”。其實(shí)，掉落的是科研人員為火箭專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的“暖寶寶”——保溫塑料泡沫。

火箭發(fā)射過(guò)程中掉落的保溫塑料泡沫（攝影：鄭逃逃）

原來(lái)，特殊塑料泡沫板被輕輕地粘在整流罩周?chē)?，只為確保發(fā)射前的火箭推進(jìn)劑溫度不要過(guò)高或者過(guò)低，以免影響推進(jìn)效率甚至釀成事故。由于泡沫板并非牢牢地固定在整流罩上，火箭一升空，它們就會(huì)紛紛落下，那時(shí)推進(jìn)劑快速消耗，泡沫板掉落還可以為火箭減輕負(fù)擔(dān)。

我國(guó)每年都要發(fā)射不少衛(wèi)星及深空探測(cè)器，相信大家都發(fā)現(xiàn)：很多航天器覆蓋了一層金燦燦或者銀閃閃的“外套”，金色尤其耀眼。網(wǎng)友們給它們起綽號(hào)“黃袍加身”。其實(shí)，航天器的“黃袍”不是為了彰顯“尊貴”，更像是坦克配備的厚厚的防彈裝甲，可以理解為有效抵御熱輻射的“防熱裝甲”，學(xué)名叫多層隔熱材料。

多層隔熱材料就像是厚厚的多層毯子，主要由反射屏（表層）及間隔物（內(nèi)層）組成。表層的反射屏可以有效地將以太陽(yáng)輻射為主的宇宙輻射反射回去，效果就像超級(jí)英雄的防彈披風(fēng)一樣；而內(nèi)層的反射屏可以阻止航天器內(nèi)部的熱量過(guò)多、過(guò)快地散逸到真空中，從而起到保溫作用。

具體來(lái)講，反射屏常用的隔熱材料是鍍有金屬箔（如金箔、銅箔等）的聚酯薄膜或聚酰亞胺薄膜，這也就是大家常見(jiàn)的金黃色“外套”，有時(shí)也會(huì)是銀色的；而間隔物一般為疏松多孔的材料，如玻璃纖維、石英纖維等，可以進(jìn)一步阻隔航天器與真空環(huán)境發(fā)生過(guò)多的熱交換。

有時(shí)候，大家會(huì)發(fā)現(xiàn)航天器被“稻草”鋪蓋著。其實(shí)，那是特殊的“保暖草氈”，表面上看起來(lái)是柔軟的草墊子，本質(zhì)上仍是多層隔熱材料。

雖然令人感覺(jué)有點(diǎn)“土味”，但這同樣是航天器保暖的有效手段。

比如常用的第二代柔性隔熱材料由石英纖維棉夾在編織好的石英纖維布中，精密縫制而成，又稱(chēng)“柔性隔熱氈”。它是低熱導(dǎo)率的棉被式隔熱設(shè)備，能夠有效降低熱傳導(dǎo)效率，最高使用溫度達(dá)750攝氏度，質(zhì)量輕，耐熱防震性能好，價(jià)格便宜，理所當(dāng)然地成為目前航天器熱防護(hù)系統(tǒng)中頗受青睞的“寵兒”。

精密控制思路廣

3種又炫又萌的航天器保溫手段只是“厚厚秘笈”的一小部分，大家想全面了解航天器的保溫手段，還要認(rèn)真分類(lèi)。從總體上說(shuō)，航天器的保溫控制方法分為兩種：被動(dòng)控制與主動(dòng)控制。

被動(dòng)控制，顧名思義，是帶有“防御”性質(zhì)的溫度控制方法。上述的“暖寶寶”“黃袍加身”“保暖草氈”均屬此類(lèi)型。形象地比喻，被動(dòng)溫度控制需要給航天器披上有效的“防熱裝甲”，所以多層隔熱材料是其核心組件，使用范圍最廣。

安裝在航天器內(nèi)部的熱管也是很常用的被動(dòng)溫度控制方法。熱管內(nèi)部?jī)?chǔ)存的工質(zhì)（如氨水）可以迅速地將一端熱源散發(fā)的熱量吸收，然后通過(guò)熱傳導(dǎo)的方式在另一端進(jìn)行散熱，從而控制好航天器內(nèi)部溫度，且整個(gè)過(guò)程基本不消耗能量。

在吸熱與散熱的過(guò)程中，熱管內(nèi)部的工質(zhì)會(huì)發(fā)生物理狀態(tài)改變：先從液體蒸發(fā)為氣體，再由氣體冷凝成液體。所以這種工質(zhì)又被稱(chēng)為“相變介質(zhì)”，相變材料在航天領(lǐng)域的應(yīng)用還包括航天服、返回艙外殼等。

嫦娥五號(hào)返回器貼滿“暖寶寶”（攝影 中國(guó)航天報(bào)記者 李淑姮）

除了多層隔熱材料及熱管，航天器上還會(huì)采用隔熱器、隔熱涂層、被動(dòng)式熱輻射器等多種被動(dòng)溫度控制裝置。

被動(dòng)溫度控制的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單方便，消耗能量極少，但也有較明顯的缺點(diǎn)，那就是控溫精度較差。為實(shí)現(xiàn)航天器內(nèi)部各區(qū)域溫度的精準(zhǔn)控制，一般還需要安裝主動(dòng)溫度控制系統(tǒng)。

通俗地理解，主動(dòng)溫度控制系統(tǒng)的工作原理與家用空調(diào)相似。以常用的工質(zhì)循環(huán)回路熱控系統(tǒng)為例，它利用循環(huán)泵作為動(dòng)力來(lái)驅(qū)動(dòng)工質(zhì)進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)，在指定的冷卻端收集熱量，并在另一端釋放熱量。這種系統(tǒng)看似只是“高級(jí)版熱管”，但可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)地溫度控制，是航天器中必不可少的一部分。

未來(lái)手段更智能

目前的航天器保溫手段已經(jīng)成熟可靠，但隨著科學(xué)進(jìn)步、需求發(fā)展，航天人不會(huì)滿足于當(dāng)前的技術(shù)。航天器種類(lèi)日益繁多，技術(shù)要求也越來(lái)越高，智能熱控涂層保溫手段應(yīng)運(yùn)而生。

熱控涂層一般通過(guò)調(diào)節(jié)航天器的表面陽(yáng)光吸收率與反射率來(lái)穩(wěn)定控制溫度，而智能熱控涂層可以更靈敏地感應(yīng)到太空環(huán)境溫度，改變航天器的陽(yáng)光反射率，實(shí)現(xiàn)航天器溫度系統(tǒng)的自主控制。當(dāng)航天器所處的環(huán)境溫度與保證航天器正常運(yùn)行所需的溫度相差較大時(shí)，智能熱控涂層能夠提高陽(yáng)光反射率，加緊耗散航天器多余的熱量。反之，智能熱控涂層也能有效減少航天器熱量散失，幫助航天器的各種儀器和航天員保持適宜的溫度。

相比傳統(tǒng)的熱控涂層，智能熱控涂層具有體積小、質(zhì)量輕、調(diào)控效果靈敏精確等多種優(yōu)勢(shì)。依據(jù)航天器遭遇的周?chē)鷺O端環(huán)境和工作條件，它能自動(dòng)、實(shí)時(shí)進(jìn)行自身溫度的調(diào)節(jié)，盡可能避免被動(dòng)熱控手段所面臨的遙控指令干預(yù)隱患。

智能熱控涂層是近年來(lái)廣受關(guān)注的新興技術(shù)，相信不久，我國(guó)將發(fā)射帶有智能熱控涂層的航天器，敬請(qǐng)期待。