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让航天器在宇宙中不冷不热,总共需要几 [复制链接]

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当我们想象太空时可能会想到浩渺的星辰迷人的星云和神秘的黑洞但你知道吗?太空其实是一个极其寒冷的环境平均温度大约是-℃不过,并不是太空中每个地方都有这么低的温度。太空中的温度差异非常大,这取决于物体是否受到来自恒星的辐射。例如,太空中的空间站,太阳照射的向阳面会很热,表面温度最高可达℃,而背阳面则很冷,最低会低于-℃。之所以会有这么大的差异,主要是因为太空中与地球上的传热方式有着很大的不同。中国空间站我们知道热传递有三种基本方式:热传导、热对流和热辐射。热传导是指物体之间通过接触传递热量;热对流是指流体(液体或气体)通过运动传递热量;热辐射是指物体通过发射或吸收电磁波传递热量。在地面环境中,这三种方式都能有效进行。然而,在太空中,由于没有空气和其他介质,传导和对流几乎不存在,只有辐射一种传热方式。这就意味着,在太空中,物体只能通过发射或吸收电磁波来调节温度。这对于航天器来说是一个巨大的挑战。因为航天器在运行过程中会产生大量的热量,同时也会接受来自太阳的辐射。如果热量不能及时散发出去,就会导致航天器过热甚至损坏。同时,航天器也要避免对外辐射过多热量。特别是处于太阳背阴面的时候,以免温度过低。因此,航天器需要设计一套有效的温度控制系统,来维持航天器上的仪器设备正常工作所需的适宜温度。在航天器的研制过程中,还有一项至关重要的试验——热真空试验,即模拟太空环境,对航天器及其各系统进行综合测试。这个过程的目的是确保航天器在真实的太空环境中能够正常运行,完成预定任务。地面上的热真空试验是验证航天器在太空中性能的主要手段,其重要性不言而喻,它关乎着航天器的安全性和任务的成功与否。通过热真空试验还可以检验航天器上产品的性能和功能,验证产品设计的合理性,并暴露出在元器件、材料、工艺及质量方面的潜在缺陷。实践证明,经过热真空试验的航天器在轨运行的可靠性会大大提高。导航卫星在KM7做热真空试验航天器热真空试验需要在专用的空间环境模拟设备中进行。空间环境模拟设备是航天器环境模拟工程中的重要地面试验设备,主要由真空容器、真空系统、液氮系统、测控系统等组成。真空系统真空系统的主要任务是为航天器提供真空背景,通过真空泵和低温泵组合将真空容器中的空气分子抽出,以获得并维持航天器热真空试验所需的高真空环境。目前,我国航天器热真空试验一般要求容器内真空度不高于6.5×10-3Pa,甚至可能低至1.3×10-3Pa,这相当于我们地面正常大气压的亿分之一。液氮系统液氮系统的主要作用是以液氮去冷却真空容器内的热沉,使热沉温度低于-℃,通过热沉来模拟太空中的冷黑背景。测控系统测控系统的主要作用是在试验中对航天器的温度进行精确控制。在太空中,航天器会经历从太阳直射的高温到阴影中低温的极端温度变化。航天器每绕地球一圈,均会经历一次这样的温度变化。低温主要通过液氮系统构建的冷背景吸收航天器的热辐射来实现;高温是利用红外笼或红外灯作为加热手段,通过电加热来实现,最终通过两者的平衡,来对航天器的温度进行准确控制,以此来模拟航天器在太空的温度变化。航天器试验中常用的加热手段(红外灯阵、红外笼、薄膜电加热器)随着航天型号的牵引,我国陆续研制了多种型号的空间环境模拟设备,这些设备为我国航天器研制立下了汗马功劳。我国最大的热真空试验设备为KM8,直径达到了17米,高度35米,相当于10层楼那么高,也是目前世界第三大、亚洲最大的空间环境模拟器。KM8空间环境模拟设备通过模拟太空中热真空环境,提前发现可能存在的问题,并进行修复。这样,当航天器真正进入太空时,我们就可以更加放心地探索这个神秘而美丽的宇宙了。作者:李涛北京制冷学会会员,中国空间技术研究院技术员、工程师刘媛北京制冷学会理事,中国空间技术研究院支部书记、研究员周月阁北京制冷学会会员,中国空间技术研究院副主任、高级工程师责编:董小娴
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