航天器 “防曬”攻略

熱管理 2021-08-11

航天器 “防曬”攻略

時(shí)值盛夏，烈日灼人，防曬霜、防曬衣等成為出行必備品，來(lái)抵御陽(yáng)光的灼熱和紫外線的侵害。想到我們遠(yuǎn)在太空的新朋友，天和核心艙，它如何防曬呢？本文將帶您了解航天器的兩種防曬措施：“防曬霜”和“防曬衣”。

“防曬霜”

航天器外表面最常用的熱控涂層為散熱白漆，白漆通過(guò)噴涂或涂抹的方式涂覆在航天器外表面，就像人體涂抹一層防曬霜一樣，事實(shí)上，散熱白漆與人體物理性防曬霜的主要成分相同，均為氧化鋅。氧化鋅是一種白色半導(dǎo)體材料，其白色的特性及片狀的微觀結(jié)構(gòu)，將陽(yáng)光最大程度的反射出去，減少可見(jiàn)光的加熱及紫外照射。

散熱白漆的太陽(yáng)吸收率為0.1~0.19，可使航天器在被陽(yáng)光照射時(shí)，減少太陽(yáng)熱流的吸收；紅外發(fā)射率為0.86~0.93，可對(duì)太空冷黑環(huán)境進(jìn)行輻射散熱。散熱白漆低吸高發(fā)的特性，使之成為航天器對(duì)外重要的散熱涂層，用于輻射器和需要散熱的艙外設(shè)備。

需要注意的是，由于紫外輻照的影響，白漆會(huì)有一定程度的退化，即隨太陽(yáng)照射時(shí)間的延長(zhǎng)，白漆的太陽(yáng)吸收率會(huì)有所升高，其中有機(jī)白漆的抗紫外輻照性能較差，一般用于壽命較短的航天器；無(wú)機(jī)白漆的抗紫外輻照性能好，穩(wěn)定性高，一般用于長(zhǎng)壽命航天器。

“防曬衣”

航天器外表覆蓋了大面積的多層隔熱組件，好似穿了一件防曬衣。這件厚厚的防曬衣可以抵御陽(yáng)光，防止航天器由于接受太陽(yáng)熱流而引起高溫；同時(shí)它還具有保溫功能，在背光區(qū)域，減少航天器對(duì)外輻射散熱，防止漏熱。多層隔熱組件的“防曬”和保溫功能，可以降低太空復(fù)雜外熱流環(huán)境對(duì)航天器的影響，使航天器在軌運(yùn)行期間，穩(wěn)定在適宜的溫度范圍內(nèi)。

多層隔熱組件主要是通過(guò)降低輻射換熱來(lái)進(jìn)行隔熱，因此隔熱單元材料通常由低發(fā)射率的反射屏（例如單面或雙面鍍鋁聚酰亞胺膜、鋁箔）和低導(dǎo)熱率的間隔物（例如的確良網(wǎng)、尼龍網(wǎng)）交替疊合組成，利用屏面的層層反射，對(duì)輻射熱流形成很高的熱阻，在真空條件下具有極好的隔熱性能，其當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)可低至10-5W/（m*K）。由于材料很輕，多層隔熱組件成為航天熱控最基本的熱控手段之一。

多層隔熱組件由內(nèi)包覆層、5~30層隔熱單元、外包覆層三部分組成。內(nèi)包覆層一般為鍍鋁或鍍金聚酰亞胺膜；每層隔熱單元由一層反射屏和一層間隔物組成，根據(jù)隔熱需求，可選擇5、10、15、20、30層；外包覆層根據(jù)防護(hù)需求可選擇鍍鋁聚酰亞胺薄膜或“Beta”織物，例如天和核心艙艙壁的多層隔熱組件最外層選用了抵抗低軌環(huán)境原子氧侵蝕的白色防原子氧布。

多層隔熱組件的制作如同制作一件衣服，需要先將各層面料順序疊放，按照所需形狀進(jìn)行裁剪，再用縫紉機(jī)縫制成預(yù)制品，最后用尼龍搭扣或固定柱固定在設(shè)備表面上，是航天器名副其實(shí)的“防曬衣”。

“遮陽(yáng)傘”

如果有淘氣網(wǎng)友問(wèn)，航天器有遮陽(yáng)傘嗎？答案是，有過(guò)。

1973年美國(guó)首個(gè)空間站天空實(shí)驗(yàn)室發(fā)射升空，由于設(shè)計(jì)失誤，防護(hù)罩在升空過(guò)程中撕開(kāi)，工作站壁面被太陽(yáng)直射，溫度迅速上升，工程師預(yù)測(cè)內(nèi)部溫度可達(dá)77℃。經(jīng)過(guò)緊急論證，航天中心先后派出兩批航天員，分別為工作站支起了遮陽(yáng)傘（材料為尼龍織物、聚酯薄膜和鋁）和遮陽(yáng)簾（外部噴涂熱控保護(hù)涂層），工作站的溫度恢復(fù)至舒適范圍內(nèi)，順利完成了后續(xù)的試驗(yàn)和工作。此次精彩絕倫的太空搶修勝過(guò)科幻大片，讀者可自行百度。