月球取样面临高温挑战, “嫦娥”自备降温“神器”!

来源:科普中国 发布时间:2024年05月13日 作者:科普时报

□ 朱镕宽

5月3日,嫦娥六号探测器搭乘长征五号遥八运载火箭在海南文昌发射场发射升空,由此开启为期53天的全球首次月球背面取样返回之旅。

ur2MPVomDrXgfFQD.jpg

5月3日拍摄的嫦娥六号探测器和长征五号遥八运载火箭器箭组合体(来源:新华社)

在100多摄氏度的月球表面挖土,那小小的“嫦娥”没有足够的散热面积,这时就轮到我们自主研发的散热神器“水升华器”闪亮登场了。

那么,这种水升华器为什么能散热?我们在炎炎夏日吹风扇,身上的汗水蒸发了,是不是感到凉快多了。

月球表面虽然没有空气,形成不了风,但是水在真空环境蒸发,结冰后升华会带走大量的热量。

水升华器主要由多孔板、储水箱、水管、控制阀门四部分构成。当“嫦娥”表面温度过高时,水升华器就会收到开始工作的信号,控制阀门自主打开,存储在储水箱中的水就会通过水管流入多孔板。多孔板一侧暴露在月球真空环境中,那么靠近这一侧的水分子就会马上蒸发,需要大量吸热,把板中靠近“嫦娥”的水冻成冰。真空环境压力非常小,冰中固态水分子一旦失去束缚,就很容易跑出来变成活跃的气态,这就是升华。而升华会吸收更多的热量,“嫦娥”的温度也就降下来了。你可不要小看这普普通通的5公斤水带走的热量,它能让“嫦娥”在炎炎烈日下多工作20个小时。

升华散热的原理听起来并不复杂,但要保证供水量和水消耗量之间的平衡,可不是一件容易的事:一次给水太多,来不及结冰的水就会喷出多孔板;给水太少,凝结不出足够的冰,热量又散不出去。

作为质量第一责任人,设计师需要考虑一切可能性。

嫦娥五号总设计师杨孟飞院士最常问的就是“为什么”,如果谁能经得住他的“七个为什么”,就证明对技术、产品和过程完全吃透了。

“中国航天人绝不带问题上天”。一次次否决与争论打磨出安全、高质量方案,在挑战中创新,在重压下跨越,无数心血浇灌出探空揽月的阶梯。

(作者系北京空间飞行器总体设计部航天器热控设计师、第十届全国科普讲解大赛一等奖获得者)