面對極端溫差,“天問一號”“衝鋒衣”如何破解“冰火兩重天”難題?
2021年05月15日09:20

原標題:面對極端溫差,“天問一號”“衝鋒衣”如何破解“冰火兩重天”難題?

中新網北京5月15日電 題:面對極端溫差,“天問一號”“衝鋒衣”如何破解“冰火兩重天”難題?

  作者 郭超凱 平托 陳袁

  5月15日,“天問一號”著陸巡視器成功著陸火星。“天問一號”這次漫長旅途能翻越“萬水千山”,有一件“法寶”不得不提,那就是它身上那件銀色“衝鋒衣”。

  這件“衝鋒衣”的應用軌道主要在地火轉移軌道、火星捕獲軌道以及火星停泊軌道三段。從離開地球進入太空那一刻到逐漸駛向火星的飛行旅程里,“天問一號”在這件“衝鋒衣”的保護下“乘風破浪”。

“衝鋒衣”可抵禦200多度溫差

  “天問一號”的“衝鋒衣”學名為低吸收-低發射熱控塗層,它是一種塗飾在航天器外表面的熱控製材料,通過自身對太陽光譜輻照的反射能力,以及其自身的紅外輻射特性,從而有效地減少空間環境對航天器內部造成的溫度影響。這件“衝鋒衣”由中國航天科技集團五院529廠曆時兩年精心研製,其成功研製蘊含了多項自主關鍵技術。

  在向火星靠近的飛行軌道里,“天問一號”需經曆多次溫度循環變化,最高溫100℃、最低溫可達-120℃。溫差高達200多度的環境對“天問一號”內部設備的正常工作產生極大影響。

  此外,太空的高真空特性,使得“天問一號”在面對太陽的持續輻照下,無法像飛機那樣通過熱對流或熱傳導傳遞熱量,因此其向陽面表面溫度會持續升高,造成與背陽面的溫差巨大。在這種工況下,著陸巡視器內部溫度嚴重不平衡,使得“天問一號”內部的“五臟六腑”有的處在寒冷環境中,有的卻處在高溫環境里。與此同時,太空持續不斷的高能紫外與電離輻射也會對其外表產生損耗損傷。

  因此,給“天問一號”穿一件特製的“衝鋒衣”就顯得尤為必要。專家指出,這款“衝鋒衣”還得抵抗太空的高能紫外輻照、原子氧轟擊以及多種高能粒子與電離輻射的攻擊,成為航天器全方位的外部保護屏障,可謂“天問一號” 奔火旅途中的全效防護服。

特殊塗層解決“冰火兩重天”難題

  “天問一號”這件“衝鋒衣”採用了中國以往熱控塗層領域中從未有過的類型。529廠專家表示,單獨具備低吸收功能的熱控塗層比較常見,但是同時具備低吸收和低發射功能的熱控塗層卻極為罕見。

  為了研發出這件“衝鋒衣”,研發團隊依據總體熱控設計人員針對“天問一號”在軌全過程的外熱流特性,首先確定了熱控塗層低吸收與低發射兩項關鍵技術指標,再以這兩項技術指標為出發點,開展塗層的設計、仿真、製備、檢測及工程實施等一系列研發工作。經過反複試驗,研發團隊最終成功突破了多項低吸收低發射塗層研製的關鍵技術,為“天問一號”量身打造出了這身銀光閃閃的“衝鋒衣”。

  與其他熱控塗層類似,這件“衝鋒衣”有著低吸收的特點,通過極低的太陽吸收比,可以長期有效地反射太陽輻照而來的絕大部分能量。如此一來“天問一號”內部“冰火兩重天”的問題就能得到有效解決。

  不同的是,新“衝鋒衣”不僅低吸收而且低發射,這與其他通過高發射率對外散熱的熱控塗層有著顯著不同。科研人員介紹道,之所以這樣設計是因為“天問一號”的旅途處在太空深冷環境下,自身內部發動機產生的熱量始終會向外界消耗。近10個月的飛行時間使外界冷環境對燃料的消耗極高,而過多的貯備燃料又會讓“天問一號”的重量隨之上升,會給“剋剋計較”的航天器帶來重量上的負擔。

  因此,研發人員通過降低熱控塗層的紅外發射率,減少真空環境下艙內向外界的輻射漏熱,從而成功實現了對著陸巡視器內部設備正常運轉的溫度保障,確保了“天問一號”這次旅程的安全與舒適。(完)

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