一、背景

我們知道太空中沒有濃厚的大氣，在軌道上飛行的航天器會遇到溫差很大的環境。太陽光輻射熱、地球反射太陽光的熱，以及航天器自身各種儀器工作時産生的熱量，會使得航天器的溫度直接上升到100攝氏度以上。而當航天器飛入地球陰影區的時候，太陽光會被地球遮擋住，這暗無天日的環境會直接使得航天器的溫度又下降到-100攝氏度以下。這種溫度的劇烈變化，反反複複沒有什麽材料能抗的住。就算勉強抗住了，航天器內部的設備也不一定能夠在如此大的溫差下正常的工作。因此對于航天器來說，溫度的控制是十分的必要的。航天技術發展到今天，航天器的溫度控制方法一般有兩種，即：被動式和主動式兩種。下面就具體的介紹一下這兩種溫度的控制方法。

二、被動溫度控制

顧名思義，所謂的被動式溫度控制也就是被動控制本身沒有自動調節溫度的能力。這種方法需要選取不同種類的溫度控制材料，並且合理的組織航天器內外各結構的熱量交換過程。從而使得航天器的溫度保持在合適的範圍之內。這種方法簡單可靠，因而被各個航天器廣泛采用。具體的做法有以下四種：

1、多層隔熱

多層隔熱即是用多層隔熱材料將需要保溫的儀器給包裹起來。這時一種最簡單的被動溫控方法。其中多層隔熱材料由多層鍍鋁聚酯薄膜構成，其中薄膜的厚度大約6~25微米。金屬鍍的厚度約爲40~1200埃。通常采用真空沉澱法將鋁鍍到聚酯膜的正面，甚至是正反兩面。

2、塗層

在航天器軌道上，空氣極其稀薄，因此航天器與外界的熱量交換基本上沒有對流，主要依靠的方式是熱輻射。熱輻射的多少與輻射表面的溫度、輻射率和吸收率有關。輻射率大，吸收率小，熱量就向外部散出的快，反之就會吸收熱量。

一般來說，航天器的外表面上塗的都是輻射率大，吸收率小的材料，如白漆、三氧化二鋁、二次表面鏡子等。這樣能夠把外部的溫度降下來，減小外部的溫度對航天器的影響。而在航天器的內部，一般塗的則是輻射率低，吸收率大的塗層。這樣可以增強航天器各個部位之間的內輻射，蓋善航天器結構之間溫度的均勻性，使溫度能夠盡量的保持在合適的範圍之內。

3、熱管

熱管是一種內部抽了真空的密閉管道，管壁用導熱性能良好的鋁合金或不鏽鋼等材料制成，並且熱管的內壁上鋪設一層充滿冷卻液體的液體毛細結構。熱管的兩端分別連向衛星結構的高溫區與低溫區。

在高溫去區，管壁受熱把熱量傳給毛細結構和工作液體，使液體受熱蒸發，液體在蒸發過程中吸收熱量，並且使高溫區的熱管內壓力升高。這股壓差會使得高溫區剛剛蒸發的冷卻液體流向低溫端。當蒸汽到達低溫端之後，會在低溫端的毛細結構上像露水樣冷凝下來。冷凝的同時，放出熱量，這些熱量通過管壁向外傳導到衛星結構上，從而提升低溫端衛星結構的溫度。同時，冷凝下來的液體還會通過毛細作用拉回高溫端，這樣熱管就可以反反複複的重複這一工作過程，持續不斷的將衛星高溫端的熱量帶到低溫端，實現衛星整體的溫度平衡。

熱管沒有運動部件，又具有極高的傳熱性能和近乎等溫的工作狀態。因此熱管工作十分的安全可靠，在航天器的溫控技術中得到了廣泛而又成功的應用。

4、相變材料

相也叫相態，就像物質的固態、液態、氣態就是三種不同的相態。相變材料是一種能隨溫度的變化而改變相態，並在相變過程中吸收或放出熱量的材料。相變材料工作的基本原理是：當環境溫度升高時，相變材料熔化，吸收熱量，當環境溫度由于內部或外部原因而下降時，相變材料凝固放出熱量。因此，通過相變材料的熔化和凝固過程，也可以使得航天器結構溫度趨于平衡穩定。

三、主動溫度控制

被動式溫度控制方法適用于一些對溫度調節要求比較低、設備發熱量不大的衛星。對于一些十分複雜，並且對溫度調節要求很高的航天器，被動式溫度控制是遠遠不夠的。這時還要在被動式溫度控制的基礎上增加主動式溫度控制，如百葉窗、電加熱器以及流體循環換熱系統等。被動與主動的結合，共同發力才能滿足航天器對溫控的要求。

1、 百葉窗

百葉窗主要由熱敏動作器葉片和底板組成。它的工作過程是：衛星內部溫度在要求範圍內的時候葉片關閉。因爲葉片的外表面塗有隔熱性能良好的塗層，阻止了內外熱量的交換。當衛星內部溫度超過要求範圍的時候，熱敏材料制成的動作器受熱膨脹，驅動葉片打開，這時底板就露出來了。底板和發熱量比較大的儀器設備基座連在一起，底板表面塗有高反射的塗層，這樣熱量就能通過底板向空間散出，從而使得儀器設備的溫度降低。當衛星溫度降到適當範圍時，熱敏動作器冷縮，又驅動葉片關閉。這樣不論儀器內部或外部環境的熱負荷如何改變，百葉窗底板的溫度都能保持在合適的範圍之內。由于百葉窗可以大幅度地改變有效輻射率，而且還結構簡單性能可靠又無功耗，所以在航天器的溫控設計中得到了廣泛的應用。

2、電加熱器

電加熱器系統是某些航天器常用的一種主動溫控措施。電加熱器系統一般由電加熱器、溫度敏感元件和恒溫控制器三部分組成。它結構簡單、使用方便、控制精度高，既可用于整艙的主動溫度控制，也可用于個別儀器的恒溫調節。但不足的是，這種方法需要消耗航天器上的寶貴電能，因而在一些能源比較充裕的航天器上使用。

3、流體循環換熱

載人飛船和大型空間站，內部發熱量很大，就算把以上方法統統都采用也還是難以及時發散熱量以保持航天器艙內適合航天員生活的正常溫度環境。這時通常需要用到流體循環換熱裝置。流體循環換熱有單相和兩相兩種。單相流體，例如水，吸收艙內熱量以後，流到艙外的輻射器中，將熱量傳給輻射器，輻射器將熱量散發到宇宙空間。散熱後水溫降低，溫度較低的水又流回艙內。如此循環往複，將艙內熱量排散到宇宙空間。由于單相流靠改變溫度吸收或傳送熱量，因而效率不高。于是人們就研發了兩相流體循環換熱的方法。兩相流可以在固定溫度下，通過相變來吸收和傳遞熱量。因此，兩相流的效率要比單相循環換熱裝置的效率高得多。

四、總結

航天器溫度控制，是隨著航天技術發展起來的一門綜合多學科的新技術，它涉及材料學、熱學、計算數學、化學、光學、流體力學、電子學、計算機科學以及試驗測量技術等諸多學科領域。它通過被動與主動溫度控制的兩種方法，合理組織航天器內部和外部的熱交換過程，使航天器各部位的溫度處于任務所要求的範圍內，爲航天器的儀器設備正常工作提供良好的溫度環境，是任何航天器必不可少的技術保障系統之一。