太空飞行器如何调控温度(下篇)

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  作者简介高峰,男,41岁,德国柏林大学博士,现在就职于中国科普研究学会,副教授,研究方向为高能物理。科普作家,在国内外报刊发表科普作品100余万字。
  
  热管大显身手
  
  人造卫星不管个头多大,“五脏”都较全,里面的仪器设备耗电量有大有小,所产生的热量也就有多有少。能不能使生热多的仪器尽快地把热量散失出去,并拿去直接补充给那些热量尚嫌不足的仪器呢?能!热管可以完成热量“搬家”的任务。
  热管,是一种导热能力很强的管子。
  物质不同,导热性能不尽相同,有的快有的慢。但是,谁传送热量的本领最大,运送热量的速度最快呢?人们想到了蒸汽。如果在与发热仪器连接的金属管子的一端放上几滴水,另一端与低温物体相连,那么,水就会很快地蒸发,蒸汽便向冷端运动,遇冷后放出热量,同时又凝聚成水。在这里,蒸汽确实起到了使热量“搬家”的特殊作用。为了恢复热管的“活力”,又需要把冷端凝聚起来的水再送到热端去。这一重任谁能承当呢?“毛细现象”站出来帮忙了。
  热管的内壁都刻有一定粗细的沟槽,冷端的水在表面张力的推动下沿着这些沟槽源源不断地从此端“流”向彼端,而蒸汽呢,又不断地从热端“跑”向冷端,使得管中的水循环不止。为了提高蒸汽“搬运”热量的效率。要求热管两端与仪器接触良好,并有一定大小的接触面积。
  第一个采用热管技术的人造卫星是“测地卫星2号”。这是一颗采用重力梯度力矩方式稳定姿态的卫星。卫星的两侧面分别装有一个应答机。如果一侧的应答机对着太阳,温度会上升很快,而另一侧的应答机却处在低温环境,为了使两个应答机能正常工作,“测地卫星2号”在两个应答机之间连接了两根直径各为25.4mm的热管,工作液体是氟利昂。由于热管的作用,两个应答机的温差大为减小,工作状态大为改观。
  
  有人怎么办
  
  温度控制对于载人飞船来说就更重要了。人在飞船里生活,需要有一个不太热又不太冷的环境。一般说来,飞船上都设有一个专供航天员生活的密封舱。无疑,舱内的大气压力必须适中,氧气必须充足,温度必须适宜。如何才能保证密封舱的温度始终适宜呢?给它也穿上一件隔热的“外衣”吧,看来不行,因为散热问题解决不了;安装“百叶窗”就更不行了,因为叶片一经打开,就会使舱内的气体迅速逸出,从而破坏了舱内的大气成分,这会直接威胁航天员的生命安全,密封舱的温度控制必须另想办法。
  气体循环法和液体循环法是密封舱常用的两种温控方法。在密封舱内壁上安装一定数量的热辐射器,舱内温度一升高,就让敏感器接通电源,小电风扇跟着转动起来,从而驱使舱内的空气流动,热量通过热辐射器自动排出;舱内温度下降到一定程度,敏感器再自动切断电源,小电风扇停止转动,舱内空气停止循环对流,热量不再向外散失。这就是气体循环法,液体循环法需要管路,还需要吸热器、散热器和驱动泵等设备,其原理跟冬天使用的水暖设备极为相似。现在启用的航天飞机也是用液体循环法调节和控制温度的。
  最近一个时期,不少报纸杂志相继介绍了太空城市。一提起太空城市,人们总是津津乐道,兴趣盎然。也许有人要问,在那可以居住万人甚至一二十万人的太空城市,又是如何进行温度控制的呢?这是一个特别诱人的问题。能否依靠“市”内的人造生态平衡系统和散热系统直接提供一个舒适的温度环境,这正是一些科学家们精心考虑和钻研的课题之一。随着空间科学的发展,这个问题一定会很快地提到议事日程上来。
  
  责任编辑 蔡华杰
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