航天器在太空環(huán)境中運(yùn)行會(huì)遇到高溫和低溫兩種環(huán)境。因?yàn)樘?yáng)是一個(gè)巨大的熱源，而在太空的真空環(huán)境中無(wú)法進(jìn)行傳導(dǎo)與對(duì)流散熱，所以在太陽(yáng)直接照射到航天器時(shí)，如果不加防護(hù)，其溫度可達(dá)100℃以上；但當(dāng)航天器進(jìn)入地球或地外星球陰影區(qū)時(shí)，溫度又會(huì)低于-100℃以下。顯而易見(jiàn)，航天器內(nèi)的各種儀器設(shè)備不可能在如此大的溫差環(huán)境中正常工作。另外，所繞星球的太陽(yáng)光反射和紅外低溫輻射也會(huì)影響航天器溫度；航天器內(nèi)的儀器設(shè)備工作時(shí)還要向外散發(fā)熱量。為此，航天器要有熱控制（或叫溫度控制）分系統(tǒng)，把航天器內(nèi)溫度控制在儀器設(shè)備可以正常工作的溫度范圍內(nèi)。

航天器外面的“金銀外衣”用于保溫

1 調(diào)節(jié)溫度“有兩手”

航天器的熱控制就是通過(guò)控制航天器內(nèi)外的熱交換，使星體各部位及星上儀器設(shè)備在整個(gè)飛行任務(wù)期間都處于正常工作的溫度范圍內(nèi)。一般的電子設(shè)備，如果長(zhǎng)時(shí)間工作在50℃以上的環(huán)境中就會(huì)發(fā)生故障，而化學(xué)電池等一些設(shè)備，如果在0℃以下工作，其效率又會(huì)很低。所以，雖然航天器外的溫差在100℃到－100℃之間，但航天器內(nèi)的溫度一般要保持在5～45℃的范圍內(nèi)，個(gè)別的部分只允許在恒定溫度下有1～2℃的變化范圍。

航天器的熱控制方法有被動(dòng)式和主動(dòng)式兩種。其中被動(dòng)式熱控制可采用多層隔熱、涂層和熱管等方法；主動(dòng)式熱控制可采用百頁(yè)窗、電加熱器、流體循環(huán)換熱等方法。

2 “保暖內(nèi)衣”可節(jié)能

被動(dòng)式熱控制是依靠選取不同的熱控材料，合理地組織航天器內(nèi)外的熱量交換過(guò)程，其優(yōu)點(diǎn)是不需要消耗能量，只要在航天器的內(nèi)外表面及儀器設(shè)備上采取相應(yīng)的措施就能達(dá)到熱控制的目地。

熱控制使用的熱管熱管用于把發(fā)熱量大的儀器的熱量傳導(dǎo)到不發(fā)熱的儀器上

用多層隔熱材料把需要保溫的儀器包扎起來(lái)是最簡(jiǎn)單的被動(dòng)式熱控方法。這種材料由多層鍍鋁聚酯薄膜構(gòu)成，通常用真空沉積法將鋁鍍到聚酯膜的正面或正反兩面。

噴涂法是在航天器外表的不同方位噴涂上白漆、三氧化二鋁等低吸收輻射比的涂層，使航天器吸收太陽(yáng)的熱量與向外輻射的熱量達(dá)到平衡，以降低蒙皮溫度；在航天器殼體的內(nèi)表面通常噴以高輻射率涂層，以增強(qiáng)各部位之間的內(nèi)輻射，改善殼體溫度的均勻性。也可在航天器表面采取拋光或電鍍的辦法，來(lái)提高它的輻射率。

3 太空“空調(diào)”本事大

盡管被動(dòng)式熱控制簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可靠，但其熱控制精度稍低，控制范圍有限，本身沒(méi)有自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度的能力，只適用于一些對(duì)溫度調(diào)節(jié)要求比較低、儀器設(shè)備發(fā)熱量不大的航天器。一些對(duì)溫度調(diào)節(jié)要求比較高的航天器，還需在被動(dòng)式熱控制的基礎(chǔ)上采用被動(dòng)式熱控制。

主動(dòng)式熱控制很像一般的冷熱空調(diào)，它是用主動(dòng)加溫或降溫來(lái)達(dá)到熱量的平衡，即熱了吹冷氣，冷了送熱風(fēng)。

在航天器表面安裝的能活動(dòng)的百葉窗也能起到“空調(diào)”的作用。這種百葉窗主要由熱敏動(dòng)作器、葉片和底板組成，當(dāng)航天器內(nèi)的溫度超過(guò)要求的范圍時(shí)，用熱敏材料制成的動(dòng)作器會(huì)受到膨脹，使驅(qū)動(dòng)葉片打開(kāi)，露出表面涂有高反射涂層且與發(fā)熱量較大設(shè)備基座連在一起的底板，從而調(diào)節(jié)航天器內(nèi)部的溫度。

航天器內(nèi)用的電加熱器一般由電熱絲、溫度敏感元件和恒溫控制器組成，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、控制精度高等優(yōu)點(diǎn)，既可以用于整艙的主動(dòng)熱控制，也能用于個(gè)別儀器的溫度調(diào)節(jié)，但需消耗星上的寶貴電能，只限用于一些能源比較充裕的航天器上。

流體循環(huán)換熱主要用于發(fā)熱量多的大型航天器或載人航天器。它是采用一套復(fù)雜的流體循環(huán)換熱裝置，即在航天器的各個(gè)部位和儀器上用熱收集器收集熱量，然后收集的熱量通過(guò)導(dǎo)管中液體的流動(dòng)帶到一個(gè)熱交換器上，再由熱交換器把熱量傳到熱輻射器，通過(guò)輻射器把熱量輻射到太空。

在大多數(shù)的情況下，航天器一般采用被動(dòng)和主動(dòng)兩種方式聯(lián)合工作，以確保溫度控制的可靠性和高效率。

4 萬(wàn)一“生病”怎么辦

大型航天器使用的流體循環(huán)換熱裝置

航天飛機(jī)航天員在艙外修理“哈勃”望遠(yuǎn)鏡

盡管采取了上述措施以及其他許多保障航天器安全運(yùn)行的辦法，但也難免所有航天器在惡劣的太空環(huán)境中都不會(huì)出現(xiàn)“頭疼腦熱”甚至“病入膏肓”。那么，航天器應(yīng)如何“治病”呢？

由于航天器是在九霄云外飛行，如果出了故障很難修理，所以首先要以預(yù)防為主。為此，要精心設(shè)計(jì)，精心施工，始終把可靠性放在第一位，采用科學(xué)合理的方案和高質(zhì)量的航天級(jí)元器件，制定多項(xiàng)故障預(yù)案和相關(guān)對(duì)策。比如，對(duì)航天器上關(guān)鍵儀器采用備份設(shè)計(jì)，當(dāng)一臺(tái)關(guān)鍵儀器“生病”時(shí)立即由地面通過(guò)遙控切換到備份儀器工作。此舉雖然增加了重量和復(fù)雜性，但是總比整個(gè)航天器不能工作而報(bào)廢要好；一些重要的指令也要采取多種手段發(fā)出，以確保執(zhí)行。

航天器在上天前要進(jìn)行各種嚴(yán)格的空間環(huán)境模擬試驗(yàn)，以發(fā)現(xiàn)和排除航天器的隱患和故障，使其問(wèn)題在地面得到解決。這些試驗(yàn)從元件的挑選時(shí)就開(kāi)始，一直到最后進(jìn)行整星試驗(yàn)。航天器在發(fā)射前要做到零缺陷、零疑點(diǎn)和零故障，即所有問(wèn)題都要?dú)w零才行。

然而，就像汽車(chē)、輪船和飛機(jī)甚至家用電器等其他任何產(chǎn)品一樣，誰(shuí)都不可能保證100%的不出現(xiàn)故障，何況航天是一項(xiàng)高投入、高產(chǎn)出、高風(fēng)險(xiǎn)的復(fù)雜系統(tǒng)工程。航天器本身是由成千上萬(wàn)個(gè)零部件組成，它需用同樣十分復(fù)雜的火箭發(fā)射才能上天運(yùn)行，所以任何一個(gè)環(huán)節(jié)或零部件甚至軟件出現(xiàn)故障，都可能導(dǎo)致航天器“癱瘓”以致報(bào)廢。

航天器在軌道飛行時(shí)，它一直要處于受控的狀態(tài)。萬(wàn)一航天器出現(xiàn)故障，可通過(guò)航天器上的遙測(cè)裝置可以很快知道它出現(xiàn)了什么問(wèn)題。

一般航天器在軌“生病”是很難“治療”的，尤其是硬件出現(xiàn)問(wèn)題后，通常是不可能更換和維修的。不過(guò)，也不能一概而論的。比如，如果火箭沒(méi)有把航天器送入預(yù)定軌道，有時(shí)可以通過(guò)航天器本身多次變軌的方法進(jìn)入預(yù)定軌道。另外，如果航天器入軌后某一部件出現(xiàn)故障，有時(shí)可用其他系統(tǒng)來(lái)代替其功效。比如，2010年8月14日美國(guó)首顆“先進(jìn)極高頻”衛(wèi)星發(fā)射不久，航天器上的肼推力器異常，無(wú)法使航天器變軌進(jìn)入地外星球靜止軌道，為此美國(guó)用航天器上推力較小的電推進(jìn)系統(tǒng)通過(guò)500多次點(diǎn)火來(lái)變軌，使該航天器耗時(shí)14個(gè)月后進(jìn)入預(yù)定的地外星球靜止軌道。

另外，一些價(jià)值連城的低軌道航天器也是可以在軌維修且比較合算的。比如，美國(guó)曾5次用航天飛機(jī)把出現(xiàn)故障的“哈勃”空間望遠(yuǎn)鏡抓回到航天飛機(jī)艙內(nèi)進(jìn)行在軌修理，然后再釋放出去繼續(xù)工作；美國(guó)還曾經(jīng)用航天飛機(jī)把故障航天器帶回地面進(jìn)行大修，然后用火箭發(fā)射，我國(guó)長(zhǎng)征-3火箭發(fā)射的亞洲-1衛(wèi)星就屬于被帶回地面維修后又重新上天的航天器。

鏈接：

航天器的“常見(jiàn)病”通常有幾種：一是由于火箭的原因，沒(méi)有把航天器送入預(yù)定軌道；二是由于航天器入軌后太陽(yáng)電池翼沒(méi)有展開(kāi)；三是航天器的控制分系統(tǒng)、推進(jìn)分系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)等出現(xiàn)故障；四是操作失誤與軟件故障；五是輻射、撞擊等空間環(huán)境引發(fā)。