我们的宇航员和航天器都有自己的专属“衣柜”,来应对太空里多变的温度

材料铺子 2023-11-20
2214 字丨阅读本文需 6 分钟

立冬刚过,天气转凉,大家都在添衣保暖。但你知道航天器怎么保暖吗?精密复杂的航天器同样怕冻,一起来看航天器们的“冬季衣柜”

“帅得掉渣”的羽绒服

看过火箭发射的人一定都好奇过,为什么有的时候火箭会“掉渣”?这些“渣”其实是火箭发射前覆盖在整流罩上的保温层,整流罩中的卫星/飞船、卫星/飞船上的设备还有一些推进剂都特别的“娇贵”,既不能太热,更不能太冷。

而进入冬季之后,我国多个发射场昼夜温差极大,尤其是酒泉卫星发射中心,夜间气温低点时刻能触及零下20摄氏度!

所以科研人员为航天器专门设计了薄薄的一层“羽绒服”,中间填充的不是绒毛而是低密度保温泡沫塑料,可以隔绝外界水汽,帮航天器保温。由于这层“羽绒服”自重很轻,所以发射时就会化成“渣”掉落,顺便帮火箭减负了。

那既然这层羽绒服太空的时候要脱掉,是不是说上了太空就不需要保暖了?错!

地球冷 太空冷且热

由于没有大气层的保护,在太阳光线直射下,宇宙中的航天器表面温度最高可达150℃以上,而当航天器运行到背阳面时,温度最低可达-100℃以下。在这种“冰火两重天”的太空环境中,为保证航天器正常工作,就需要热控系统来实现温度的控制。

热控方式一:打造“中央空调”

在天和核心舱和问天实验舱中,流体回路都遍布在航天器的各个角落,通俗点讲,就类似于我们家里的“暖气管”,通过特殊液体在管路内的往复循环,将舱内设备以及航天员生活产生的热量收集起来,通过回路带到相应的设备和结构中,给过热的地方散热,给过冷的地方加热,实现散热和补热功能。同时还能精确控制不同“房间”的温度,保持温度的均匀和稳定,可谓是量身打造的“中央空调”。

热控方式二:“太空防晒霜”

从神舟十二号起,神舟系列飞船都涂上了一身银闪闪的新型涂层,这是一款神奇的“太空防晒霜”——低吸收-低发射型热控涂层。

低吸收,顾名思义就是涂层材料自身具有较低的太阳光吸收特性,可有效减弱太阳辐照导致的温度升高。低发射,则是指涂层具有较低的红外发射率,可有效阻隔飞船内部向外部深冷环境的辐射漏热,避免舱内温度的不断降低。热控涂层就像一层“防晒霜”,有效保障飞船在长期的极端高低温环境下的运行,让舱内处于适宜的温度范围。

热控方式三:穿上太空的隔热“外衣”

除了在发射时会脱掉的“羽绒服”外,航天器还会穿一层带到太空上去的“外衣”。

航天器“外衣”面料的选择大有讲究,都是根据科学原理精心设计的,不同特点的面料适应了航天器的不同需要。天舟四号的货物舱和推进舱的“外衣”,就分别被设计为灰色和白色两种不同的颜色。货物舱需要提供适宜航天员生活的温度,相对较高,因此就给它穿上灰色“外衣”,能够多吸收太阳光热量。而推进舱中主要是设备,需要更低的环境温度,因此给它穿上白色“外衣”,多反射太阳光热量。

此外,天舟四号“外衣”的内部采用多层隔热组件设计,由高反射率的膜和支撑膜的涤纶网组成,可以重复叠加形成多重结构,里面的热量经过反射膜层层反射,很难渗出表面,就能形成很高的热阻,防止热量散失。

回了地球还要赶快“添衣”

在返回地球进入大气层时,航天器的部分防热措施会逐渐被烧蚀掉,当航天器内搭载有重要设备或者科研样品时,在落地后还要赶快穿上一件用多层隔热材料制成的防寒服。毕竟,谁还不是个宝宝呢!

热控方式四:“黄袍加身”

如果同学们对航空航天领域感兴趣,就会发现这么一件有趣的事:无论是哪个国家发射的航天器,如人造卫星、探测器或空间站等,都包裹有一层金灿灿的覆盖物,就像是黄金制成的外套一样。

为何这些航天器要穿一身“黄袍”呢?难道,大家是想要通过“黄袍加身”的方式,来展现出航天器尊贵的身份吗?

由于发射成本高昂,航天器上所安装每一件设备的重量都是经过科学家们精心计算的。所以,这一身黄袍当然不是装饰品啦!它们主要用于控制温度,防止由于温度过高或过低而出现航天器仪器失灵的现象,是保证航天器得以正常工作的重要防护设备之一。

说完航天器的衣柜,下面来说说航天员的衣柜吧!

太空行走的时候,航天员们会背着一个大箱子,身穿比舱内航天服体积更大的舱外航天服,看上去十分笨重。为什么他们不轻装简行呢?半人高的大箱子是做什么用的呢?

空间环境充斥着高真空、高低温交替变化、电离辐射、光辐射、空间微尘等十分恶劣的空间环境条件,人类想在太空中自由探索就需要采取全面的、可靠的防护措施,否则,连最基本的生存都做不到。舱外航天服就是为此而设计的,它要保护航天员在空间环境中不受侵害的同时,还能够自如地执行既定的任务。

舱外航天服功能十分强大,它可是最小的载人航天器。因为,除了具有舱内航天服为航天员供氧增压的功能外,舱外航天服还要能够对抗一定的微流星体、空间碎片的冲击,防护空间环境对人体的危害,具有良好的关节结构活动性能和面窗视觉防护能力,保证航天员的正常操作活动。

舱外航天服本体是一种硬结构为主,软硬结合的多层结构服装,自里到外由液冷通风服、气密压力服和多功能防护服构成。尽管从结构上看只有三层,但实际上,舱外航天服至少由6层面料制成,最厚的部分竟有30层,这也是舱外航天服体积大的原因。

液冷通风服能够调节舱外航天服内的温度并为航天员体表通风,保证航天员身处在一个温度适当,相对舒适的环境中。要知道,航天员在太空中进行舱外活动达1小时就能产生煮沸5L水的热量,如果不注意控制舱外航天服内的温度,后果不堪设想。

气密压力服是从航空全压服和舱内压力服的基础上发展而来的,能够使人体在其中处于同一、均匀的气压和有氧环境,保障航天员免受真空和缺氧环境对人体的危害。

多功能防护服穿在压力服外,能够保护压力服并且防护空间的各种辐射,对微流星体、空间碎片有一定的防护作用。

在舱外航天服上,还装有测控与通信装置,包括航天员通信头戴装置、航天员医监装置和舱外航天服生命保障设备的监控及数据信息通信装置。测控与通信装置能够传输数据与图像,实现航天员之间及航天员与地面的无线通话,测量航天员生理参数、航天服内部环境参数,还能够对便携式环控生保系统进行测量和控制。

文章来源: 北京科协,中国航天科普,央视新闻客户端

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