如果同學(xué)們對(duì)航空航天領(lǐng)域感興趣，就會(huì)發(fā)現(xiàn)這么一件有趣的事：無論是哪個(gè)國家發(fā)射的航天器，如人造衛(wèi)星、探測(cè)器或空間站等，都包裹有一層金燦燦的覆蓋物，就像是黃金制成的外套一樣。

為何這些航天器要穿一身“黃袍”呢？難道，大家是想要通過“黃袍加身”的方式，來展現(xiàn)出航天器尊貴的身份嗎？

天問一號(hào)火星探測(cè)器（圖源：知乎）

小知識(shí)：后周時(shí)期，宋太祖趙匡胤發(fā)起陳橋兵變，并被部下們披上了一件黃袍，從此開始自稱天子，爭(zhēng)奪天下。這就是“黃袍加身”的典故。

由于發(fā)射成本高昂，航天器上所安裝每一件設(shè)備的重量都是經(jīng)過科學(xué)家們精心計(jì)算的。所以，這一身黃袍當(dāng)然不是裝飾品啦！它們主要用于控制溫度，防止由于溫度過高或過低而出現(xiàn)航天器儀器失靈的現(xiàn)象，是保證航天器得以正常工作的重要防護(hù)設(shè)備之一。

那么，這些黃金外衣控制溫度的工作原理是什么呢？我們繼續(xù)看下去吧！

為什么需要調(diào)控航天器的體溫？

要搞清楚這個(gè)問題，我們需要先了解一下熱傳遞的三種主要途徑：熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流以及熱輻射。

當(dāng)兩個(gè)溫度不同的固體相互接觸時(shí)，它們彼此之間就可以通過內(nèi)部分子、原子或電子的運(yùn)動(dòng)來交換熱量，即熱傳導(dǎo)；而對(duì)于具有不同溫度的液體或氣體，當(dāng)它們相互接觸時(shí)，可以通過流體的移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)熱量的傳遞，即熱對(duì)流；除此之外，任何溫度高于絕對(duì)零度的物體都在無時(shí)不刻地向周圍發(fā)射著攜帶有一定熱量的電磁波，即熱輻射。

熱量傳遞的三種方式（圖源：新浪）

要搞清楚這個(gè)問題，我們需要先了解一下熱傳遞的三種主要途徑：熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流以及熱輻射。

當(dāng)兩個(gè)溫度不同的固體相互接觸時(shí)，它們彼此之間就可以通過內(nèi)部分子、原子或電子的運(yùn)動(dòng)來交換熱量，即熱傳導(dǎo)；而對(duì)于具有不同溫度的液體或氣體，當(dāng)它們相互接觸時(shí)，可以通過流體的移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)熱量的傳遞，即熱對(duì)流。

除此之外，任何溫度高于絕對(duì)零度的物體都在無時(shí)不刻地向周圍發(fā)射著攜帶有一定熱量的電磁波，即熱輻射。

航天器體溫控制方法之一：被動(dòng)控制

被動(dòng)溫度控制，顧名思義，是一種帶有防御性質(zhì)的溫度控制方法。就像是坦克配備有厚厚的防彈裝甲一樣，航天器同樣需要安裝一層可以有效抵抗熱輻射的“防熱裝甲”。而航天器所穿的那一身黃袍，就是一類熱防護(hù)裝甲，學(xué)名叫做“多層隔熱材料”。

多層隔熱材料就像是一層厚厚的毯子，主要由兩部分組成：反射屏（表層）以及間隔物（內(nèi)層）組成。

表層的反射屏可以有效地將以太陽輻射為主的宇宙輻射反射回去，就像是反彈披風(fēng)一樣；而內(nèi)層的反射屏則可以阻止航天器內(nèi)部的熱量散逸到真空中，從而起到保溫的作用。

反射屏常用的一種隔熱材料為鍍有金屬箔（如金箔、銅箔等）的聚酯薄膜或聚酰亞胺薄膜，這也就是我們所看到的金黃色的外套啦（有時(shí)也會(huì)是銀色）！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)一步地阻礙航天器與真空環(huán)境發(fā)生過多的熱交換。

除了多層隔熱材料外，安裝在航天器內(nèi)部的熱管也是一種很常用的被動(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，然后通過熱傳導(dǎo)的方式在另一端進(jìn)行散熱，從而實(shí)現(xiàn)航天器內(nèi)部的溫度控制，整個(gè)過程沒有消耗能量。

由于在吸熱與散熱的過程中，熱管內(nèi)部的工質(zhì)會(huì)發(fā)生物理狀態(tài)的改變：首先從液體蒸發(fā)為氣體，然后再由氣體冷凝成液體，所以又被稱為“相變介質(zhì)”。

其實(shí)，熱管是一種用途非常廣泛的設(shè)備，不僅可以用于航天器的溫度控制，在其他工程領(lǐng)域也是不可或缺的“神器”呢！

例如，青藏高原上的凍土層每年都經(jīng)歷著冬天凍結(jié)、夏天融化的循環(huán)過程，這一季節(jié)性凍結(jié)—融化的現(xiàn)象帶來了嚴(yán)重的地基下沉，是我國青藏鐵路建設(shè)中的面臨的一大難題。工程師們正是在鐵路的沿線安裝了大量的熱管，將土壤內(nèi)部的熱量及時(shí)高效地散發(fā)到外部，才保證了凍土層的經(jīng)年不化。

除了多層隔熱材料以及熱管以外，航天器上還會(huì)采用隔熱器、隔熱涂層、被動(dòng)式熱輻射器等許多種不同的被動(dòng)溫度控制裝置。

航天器體溫控制方法之二：主動(dòng)控制

被動(dòng)溫度控制的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單方便，不消耗能量；但它也有較為明顯的缺點(diǎn)，那就是精度較差。為了實(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)。

這種主動(dòng)溫度控制系統(tǒng)的工作原理與我們家用空調(diào)非常類似。以常用的一種名為“工質(zhì)循環(huán)回路熱控系統(tǒng)”的溫度控制系統(tǒng)為例，它利用循環(huán)泵作為動(dòng)力源來驅(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，并在另一個(gè)釋放端釋放熱量。這種系統(tǒng)看似只是高級(jí)版的熱管，但可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的溫度控制，是航天器中必不可少的一部分！

國際空間站內(nèi)部的主動(dòng)熱控系統(tǒng)（圖源：參考文獻(xiàn)）

同學(xué)們，從探究航天器身上所穿的“黃袍”開始，我們?cè)谶@里學(xué)習(xí)到了航天器溫度控制相關(guān)的知識(shí)。下一次，如果在電視上看到了相關(guān)的新聞，一定要給家長(zhǎng)科普一下哦！
責(zé)編AJX