卫星如何“保持体温”
由于在太空中没有大气层保护，卫星常年处在极端变化且复杂的热环境中，需要时刻进行热控制。
文/徐鸣
编辑/乐艳娜
天冷加衣，天热吹风，这是地球上人类的保暖和解暑方式。那么，在太空中，人造卫星如何“保持体温”？
卫星的热控系统担负着控制卫星温度变化与温度分布，维持卫星热量吸收、转化及平衡排散的重要任务，在卫星“保持体温”的过程中不可缺少。
由于在太空中没有大气层保护，卫星常年处在极端变化且复杂的热环境中，需要时刻进行热控制。比如，卫星绕地球一圈，将经历日照区与阴影区，前后温差变化可达几百摄氏度，且不同纬度、不同姿态或不同季节所导致的温差均不相同，温度过高或者过低都会降低卫星元件性能，造成运转失灵，甚至减损使用寿命，这就需要热控系统避免卫星不断经历冷热交变，确保卫星在安全温度范围内运转，一般需控制在零下15摄氏度到55摄氏度之间。
因为大部分卫星都无法像地面设备那样可以随时进行维修和更换，这就要求卫星的热控系统必须高度可靠。
1965年，法国发射的第一颗卫星“阿斯特里克斯”就曾因电源温度过低而停止工作。日本1970年发射的“大隅号”卫星，也因发“高烧”到60摄氏度，只绕地球转了6圈便宣告罢工。卫星初访太空时由于对温度控制的疏忽，导致早期卫星寿命很短。
卫星的热控系统如何工作？根据是否消耗能量，卫星热控技术分为被动热控技术和主动热控技术两大类。
早期卫星的热控系统大部分为被动热控，主要依靠特定热控材料本身的物理特性和构型布局，如在卫星外表面喷涂不同性能的热控涂层，就像涂了防晒霜一样；或者采用多层隔热材料，卫星金灿灿的外衣就是卫星的“防晒衣”。主动热控更像家用空调，能根据不同环境主动升降温。通常，可以通过在卫星内部加装电加热系统，也可以在卫星表面安装可调节的百叶窗，更可以设计复杂的流体循环换热装置，以更精准地控制温度。
随着航天探索任务不断深化，单机载荷的工作模式和所处的环境越来越复杂，功耗也越来越大，被动热控技术逐渐难以满足要求，更智能、灵活的主动热控技术被广泛应用在航天器上。
单相流体回路是主动热控技术中重要的技术路径之一，这种热控系统利用单相流体，比如液体，在管路及换热装置中的强迫对流换热，对航天器内设备产生的热量进行收集、输运、排散，该系统包含循环泵、储液器、各类阀门等一系列活动部件，依据在轨所感知的外部形势并结合自身状态，通过循环泵驱动管道内的液体流动以维持单机温度稳定，实现自主控制卫星温度的目标。
由于单相流体回路系统具有热量排散能力强、结构简单、易于布局等优点，国际空间站、我国的神舟系列飞船和天宫空间站等大型航天器广泛应用该温控系统，逐步成为解决各类航天器高度自主热控问题的重要手段。
未来，随着新材料和新技术的发展，热控系统的效率和可靠性预期将会显著提高。另外，数字化和智能化将是未来热控系统的重要发展方向，运用大数据、机器学习和人工智能技术，对热控系统进行实时监控和智能优化，可以实现更高效和稳定的热控管理。
来源：2023年7月26日出版的《环球》杂志 第15期
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