由於在太空中沒有大氣層保護，衛星常年處在極端變化且複雜的熱環境中，需要時刻進行熱控制。

文/徐鳴

編輯/樂艷娜

　　天冷加衣，天熱吹風，這是地球上人類的保暖和解暑方式。那麼，在太空中，人造衛星如何“保持體溫”？

　　衛星的熱控系統擔負着控制衛星溫度變化與溫度分佈，維持衛星熱量吸收、轉化及平衡排散的重要任務，在衛星“保持體溫”的過程中不可缺少。

　　由於在太空中沒有大氣層保護，衛星常年處在極端變化且複雜的熱環境中，需要時刻進行熱控制。比如，衛星繞地球一圈，將經歷日照區與陰影區，前後溫差變化可達幾百攝氏度，且不同緯度、不同姿態或不同季節所導致的溫差均不相同，溫度過高或者過低都會降低衛星元件性能，造成運轉失靈，甚至減損使用壽命，這就需要熱控系統避免衛星不斷經歷冷熱交變，確保衛星在安全溫度範圍內運轉，一般需控制在零下15攝氏度到55攝氏度之間。

　　因為大部分衛星都無法像地面設備那樣可以隨時進行維修和更換，這就要求衛星的熱控系統必須高度可靠。

　　1965年，法國發射的第一顆衛星“阿斯特裏克斯”就曾因電源溫度過低而停止工作。日本1970年發射的“大隅號”衛星，也因發“高燒”到60攝氏度，只繞地球轉了6圈便宣告罷工。衛星初訪太空時由於對溫度控制的疏忽，導致早期衛星壽命很短。

　　衛星的熱控系統如何工作？根據是否消耗能量，衛星熱控技術分為被動熱控技術和主動熱控技術兩大類。

　　早期衛星的熱控系統大部分為被動熱控，主要依靠特定熱控材料本身的物理特性和構型布局，如在衛星外表面噴塗不同性能的熱控涂層，就像涂了防曬霜一樣；或者採用多層隔熱材料，衛星金燦燦的外衣就是衛星的“防曬衣”。主動熱控更像家用空調，能根據不同環境主動升降溫。通常，可以通過在衛星內部加裝電加熱系統，也可以在衛星表面安裝可調節的百葉窗，更可以設計複雜的流體循環換熱裝置，以更精準地控制溫度。

　　隨着航天探索任務不斷深化，單機載荷的工作模式和所處的環境越來越複雜，功耗也越來越大，被動熱控技術逐漸難以滿足要求，更智能、靈活的主動熱控技術被廣泛應用在航天器上。

　　單相流體回路是主動熱控技術中重要的技術路徑之一，這種熱控系統利用單相流體，比如液體，在管路及換熱裝置中的強迫對流換熱，對航天器內設備産生的熱量進行收集、輸運、排散，該系統包含循環泵、儲液器、各類閥門等一系列活動部件，依據在軌所感知的外部形勢並結合自身狀態，通過循環泵驅動管道內的液體流動以維持單機溫度穩定，實現自主控制衛星溫度的目標。

　　由於單相流體回路系統具有熱量排散能力強、結構簡單、易於布局等優點，國際空間站、我國的神舟系列飛船和天宮空間站等大型航天器廣泛應用該溫控系統，逐步成為解決各類航天器高度自主熱控問題的重要手段。

　　未來，隨着新材料和新技術的發展，熱控系統的效率和可靠性預期將會顯著提高。另外，數字化和智能化將是未來熱控系統的重要發展方向，運用大數據、機器學習和人工智能技術，對熱控系統進行實時監控和智能優化，可以實現更高效和穩定的熱控管理。

來源：2023年7月26日出版的《環球》雜誌 第15期

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