如果同學們(men) 對航空航天領域感興(xing) 趣，就會(hui) 發現這麽(me) 一件有趣的事：無論是哪個(ge) 國家發射的航天器,如人造衛星、探測器或空間站等，都包裹有一層金燦燦的覆蓋物，就像是黃金製成的外套一樣。

為(wei) 何這些航天器要穿一身“黃袍”呢？難道，大家是想要通過“黃袍加身”的方式，來展現出航天器尊貴的身份嗎？在月背工作的嫦娥四號探測器（圖源：視覺中國）

天問一號火星探測器（圖源：知乎）

美國的GPS衛星（圖源：britannica.com）

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後周時期，宋太祖趙匡胤發起陳橋兵變，並被部下們(men) 披上了一件黃袍，從(cong) 此開始自稱天子，爭(zheng) 奪天下。這就是“黃袍加身”的典故。

由於(yu) 發射成本高昂，航天器上所安裝每一件設備的重量都是經過科學家們(men) 精心計算的。所以，這一身黃袍當然不是裝飾品啦！它們(men) 主要用於(yu) 控製溫度，防止由於(yu) 溫度過高或過低而出現航天器儀(yi) 器失靈的現象，是保證航天器得以正常工作的重要防護設備之一。那麽(me) ，這些黃金外衣控製溫度的工作原理是什麽(me) 呢？我們(men) 繼續看下去吧！

為(wei) 什麽(me) 需要調控航天器的體(ti) 溫？

要搞清楚這個(ge) 問題，我們(men) 需要先了解一下熱傳(chuan) 遞的三種主要途徑：熱傳(chuan) 導、熱對流以及熱輻射。

當兩(liang) 個(ge) 溫度不同的固體(ti) 相互接觸時，它們(men) 彼此之間就可以通過內(nei) 部分子、原子或電子的運動來交換熱量，即熱傳(chuan) 導；而對於(yu) 具有不同溫度的液體(ti) 或氣體(ti) ，當它們(men) 相互接觸時，可以通過流體(ti) 的移動來實現熱量的傳(chuan) 遞，即熱對流；除此之外，任何溫度高於(yu) 絕對零度的物體(ti) 都在無時不刻地向周圍發射著攜帶有一定熱量的電磁波，即熱輻射。

熱量傳(chuan) 遞的三種方式（圖源：新浪）

要搞清楚這個(ge) 問題，我們(men) 需要先了解一下熱傳(chuan) 遞的三種主要途徑：熱傳(chuan) 導、熱對流以及熱輻射。

當兩(liang) 個(ge) 溫度不同的固體(ti) 相互接觸時，它們(men) 彼此之間就可以通過內(nei) 部分子、原子或電子的運動來交換熱量，即熱傳(chuan) 導；而對於(yu) 具有不同溫度的液體(ti) 或氣體(ti) ，當它們(men) 相互接觸時，可以通過流體(ti) 的移動來實現熱量的傳(chuan) 遞，即熱對流；除此之外，任何溫度高於(yu) 絕對零度的物體(ti) 都在無時不刻地向周圍發射著攜帶有一定熱量的電磁波，即熱輻射。

航天器體(ti) 溫控製方法之一：被動控製

被動溫度控製，顧名思義(yi) ，是一種帶有防禦性質的溫度控製方法。就像是坦克配備有厚厚的防彈裝甲一樣，航天器同樣需要安裝一層可以有效抵抗熱輻射的“防熱裝甲”。而航天器所穿的那一身黃袍，就是一類熱防護裝甲，學名叫做“多層隔熱材料”。

多層隔熱材料就像是一層厚厚的毯子，主要由兩(liang) 部分組成：反射屏（表層）以及間隔物（內(nei) 層）組成。

多層隔熱材料（圖源：騰訊）

表層的反射屏可以有效地將以太陽輻射為(wei) 主的宇宙輻射反射回去，就像是反彈披風一樣；而內(nei) 層的反射屏則可以阻止航天器內(nei) 部的熱量散逸到真空中，從(cong) 而起到保溫的作用。

反射屏常用的一種隔熱材料為(wei) 鍍有金屬箔（如金箔、銅箔等）的聚酯薄膜或聚酰亞(ya) 胺薄膜，這也就是我們(men) 所看到的金黃色的外套啦（有時也會(hui) 是銀色）！而間隔物一般為(wei) 疏鬆多孔的材料，如玻璃纖維、石英纖維等，可以進一步地阻礙航天器與(yu) 真空環境發生過多的熱交換。

除了多層隔熱材料外，安裝在航天器內(nei) 部的熱管也是一種很常用的被動溫度控製方法。熱管內(nei) 部儲(chu) 存的工質（如氨水）可以迅速地將一端熱源散發的熱量吸收，然後通過熱傳(chuan) 導的方式在另一端進行散熱，從(cong) 而實現航天器內(nei) 部的溫度控製，整個(ge) 過程沒有消耗能量。

由於(yu) 在吸熱與(yu) 散熱的過程中，熱管內(nei) 部的工質會(hui) 發生物理狀態的改變：首先從(cong) 液體(ti) 蒸發為(wei) 氣體(ti) ，然後再由氣體(ti) 冷凝成液體(ti) ，所以又被稱為(wei) “相變介質”。

熱管的工作原理（圖源：參考文獻[1]）

其實，熱管是一種用途非常廣泛的設備，不僅(jin) 可以用於(yu) 航天器的溫度控製，在其他工程領域也是不可或缺的“神器”呢！

例如，青藏高原上的凍土層每年都經曆著冬天凍結、夏天融化的循環過程，這一季節性凍結—融化的現象帶來了嚴(yan) 重的地基下沉，是我國青藏鐵路建設中的麵臨(lin) 的一大難題。工程師們(men) 正是在鐵路的沿線安裝了大量的熱管，將土壤內(nei) 部的熱量及時高效地散發到外部，才保證了凍土層的經年不化。

青藏鐵路上安裝的熱管（圖源：kknews.com）

除了多層隔熱材料以及熱管以外，航天器上還會(hui) 采用隔熱器、隔熱塗層、被動式熱輻射器等許多種不同的被動溫度控製裝置。

航天器體(ti) 溫控製方法之二：主動控製

被動溫度控製的優(you) 點是簡單方便，不消耗能量；但它也有較為(wei) 明顯的缺點，那就是精度較差。為(wei) 了實現航天器內(nei) 部各區域溫度的精準控製，一般還需要安裝主動溫度控製係統。

這種主動溫度控製係統的工作原理與(yu) 我們(men) 家用空調非常類似。以常用的一種名為(wei) “工質循環回路熱控係統”的溫度控製係統為(wei) 例，它利用循環泵作為(wei) 動力源來驅動工質進行循環流動，在指定的冷卻端收集熱量，並在另一個(ge) 釋放端釋放熱量。這種係統看似隻是高級版的熱管，但可以實現精準的溫度控製，是航天器中必不可少的一部分！

國際空間站內(nei) 部的主動熱控係統（圖源：參考文獻[1]）

同學們(men) ，從(cong) 探究航天器身上所穿的“黃袍”開始，我們(men) 在這裏學習(xi) 到了航天器溫度控製相關(guan) 的星空体育官网入口网站。下一次，如果在電視上看到了相關(guan) 的新聞，一定要給家長科普一下哦！

星空体育官网入口网站點總結

本文的涉及到的星空体育官网入口网站與(yu) 人教版高中物理課本選修第三冊(ce) 有關(guan) ，我們(men) 最後總結一下：

1. 熱量傳(chuan) 遞的方式主要有三種：熱傳(chuan) 導、熱對流以及熱輻射。

2. 由於(yu) 真空中沒有傳(chuan) 遞介質的存在，航天器主要通過熱輻射來吸收熱量。

3. 航天器溫度控製的方法主要有被動控製和主動控製兩(liang) 種，其中多層隔熱材料（也就是金黃色的外套）是被動控製技術的一種。

參考資料：

[1] 卜珺珺,曹軍(jun) ,楊曉林.國外載人航天器熱控技術發展分析[J].航天器環境工程,2012,(5):499-503. DOI:10.3969/j.issn.1673-1379.2012.05.007.

[2] 江經善.多層隔熱材料及其在航天器上的應用[J].宇航材料工藝,2000,30(4):17-25. DOI:10.3969/j.issn.1007-2330.2000.04.004.

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