温的“大烤”,技术人员采取了多个方面的有效措施。
月表的热量主要来自太阳光。但是,由于月表具有很强的反射性,所以嫦娥二号卫星实际上面临太阳的炙烤和月表反射光的强烈照射。这也是100公里轨道处温度高达100℃的主要原因。另外,月球上没有空气等作为热传导的介质,因此卫星上受到光线照射的部分温度会很高,而没有光线照射的地方会在零℃以下,卫星的两面可能相差300多℃。
对于卫星内部元器件来说,0~20℃的温度是最理想的工作温度。那么如何在卫星处于高温区的时候把星内温度降下来呢?为了解决这个问题,卫星技术人员重新设计了热控系统,对卫星舱内的热交换系统进行了重新设计和布局,卫星受到照射的部分和没有受到照射的部分之间能够迅速实现热交换,从而使其不至于高者过高、低者过低,而是维持一种平衡的状态。
金银外衣堪比空调
出现在电视或者照片上卫星表面金光闪闪和银光闪闪的发亮的东西,这些就是精心为嫦娥卫星织的“嫁衣”。金光闪闪的衣服有着非常好的隔热作用,不仅能够防止卫星热量散失,而且可以阻止外部的热量进入卫星内部;而银光闪闪的衣服有着非常好的散热作用,能够将卫星内部产生的废热及时排散到外界空间中。这些金光闪闪和银光闪闪的衣服组成了一个天然的空调系统。
卫星热控系统主任设计师向艳超介绍,嫦娥二号卫星表面的金光闪闪的衣服,是一层层比羽毛还轻的膜状物和网状物间隔拼叠而成,共有15层。采用这种方式制成的衣服在真空环境条件下具有很强的隔热效果,起到保温作用,其保温效果足以和热水瓶瓶胆的保温效果相媲美。
银光闪闪的衣服,是一层类似镜子一样的膜,它具有很强的反射能力,能够将太阳光的85%左右反射掉;同时它还具有较强的散热能力。因此如果卫星舱内温度过高的时候,这层银光闪闪的衣服就可以把热量排散掉。
30度夹角保护帆板
太阳翼是最直接接触外部环境的卫星部件。一般情况下,它总是保持太阳光线能够直射到太阳翼上。工作状态的卫星基本上都是靠太阳翼来供电的。
“但是,嫦娥二号卫星处在高温环境中,太阳光的持续直射,可能造成帆板温度过高而失效。”卫星GNC系统主任设计师戴居峰说,国外已经有探月卫星因为太阳翼失效而导致整星失踪。
为了使嫦娥二号卫星的太阳翼帆板在高温环境中保持良好的工作状态,技术人员采用多种方法来保护帆板。首先是避开太阳直射,设计人员设计太阳翼的时候使其和太阳成30°夹角,而不是直接垂直于太阳光线,这样温度就会大大降低。
另外,嫦娥二号卫星上的太阳翼帆板可以进行任意角度的旋转,以达到最佳的保护效果。卫星上有一套软件系统,在温度达到一定的高度时,软件可以支持卫星让帆板停转,这时太阳翼帆板会停留在和太阳光成60°夹角的地方,帆板温度就会降下来。
卫星归宿
嫦娥二号有三结局
嫦娥二号卫星完成预计的试验验证和科学探测任务后,这位“二姑娘”将有怎样的打算?嫦娥二号绕月探测卫星的总设计师黄江川介绍了三种可能的结局。
黄江川表示,嫦娥一号卫星最后“受控撞月”是额外完成的任务,能如此“超额”完成任务,主要是因为卫星状态依然良好且还剩有足够的燃料,可以对其轨道进行精确控制。
嫦娥二号卫星的发射将采用地月转移轨道技术,火箭直接把卫星送入奔月轨道,可以大大节省卫星的燃料,因此如果各项任务顺利的话,嫦娥二号卫星在完成半年的规定动作后,仍会有相当数量的燃料剩余,这令“二姑娘”同样具备“超额”完成任务的潜质。
我国探月工程管理部门、科学家和卫星技术人员曾经一起研讨过“二姑娘”的最终命运,大致形成了三种设想,但还没有最终下定论。
一种意见是,可以根据卫星在轨运行的情况,结合我国探月工程的后续进展,对嫦娥二号卫星传回的数据进行综合研究,对月球做补充探测,最终可以考虑卫星落月,这将为“嫦娥三号”等后续任务提供技术验证。
第二种设想是让她“远嫁”他方,验证我国更远宇宙空间的深空探测能力,让卫星飞出地月环境,飞向更远的太空。
第三种设想是让她回“娘家”,即让她沿着月地转移轨道,飞回地球并成为地球卫星。
“最终采用哪种方式,还要看前期主任务执行情况以及卫星的状态和能力。到时候各方专家肯定会汇集到一起,共同研究,决定‘二姑娘’的终极命运。但我相信一个最起码的思路是,会为卫星选择一个最具意义、可利用价值最大的归宿。”黄江川认为,把卫星的命运放在整个探月工程及未来深空探测需求中可能是最合适的选择。
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