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嫦娥系列衛(wèi)星探月成功，探秘它們“衣服”背后的科技原理
2021年03月03日 14:28:39 來源：化工儀器網(wǎng) 點(diǎn)擊量：5814

2020年12月17日凌晨，“嫦娥五號(hào)”返回器攜帶月球樣品以接近第二宇宙速度返回地球，按照預(yù)定方案降落在內(nèi)蒙古四子王旗著陸場(chǎng)。這是人類探月歷史60年來由中國(guó)人書寫的又一壯舉，標(biāo)志著中國(guó)探月工程“繞、落、回”三步走收官之戰(zhàn)取得圓滿勝利。

　　【化工儀器網(wǎng) 時(shí)事熱點(diǎn)】2020年12月17日凌晨，“嫦娥五號(hào)”返回器攜帶月球樣品以接近第二宇宙速度返回地球，按照預(yù)定方案降落在內(nèi)蒙古四子王旗著陸場(chǎng)。這是人類探月歷史60年來由中國(guó)人書寫的又一壯舉，標(biāo)志著中國(guó)探月工程“繞、落、回”三步走收官之戰(zhàn)取得圓滿勝利。
 
　　嫦娥工程是一個(gè)由中國(guó)國(guó)家航天局啟動(dòng)的探月試驗(yàn)，于2004年3月1日啟動(dòng)，是中國(guó)第一個(gè)探月工程。該工程主要任務(wù)是獲取月球表面三維影像，分析月球表面有用元素含量和物質(zhì)類型的分布特點(diǎn)，探測(cè)月壤特性，探測(cè)地月空間環(huán)境。
 
　　從2007年“嫦娥一號(hào)”的登陸成功到2020年的“嫦娥五號(hào)”成功返回，嫦娥系列衛(wèi)星一直是航天科研事業(yè)的重點(diǎn)，也是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。那么從地球飛到月球，嫦娥的外殼設(shè)計(jì)有哪些亮點(diǎn)呢？它的“衣服”背后包含哪些科技呢？
 
　　一套全方位“護(hù)甲”
 
　　在每個(gè)航天器上都有一套經(jīng)過精密計(jì)算、設(shè)計(jì)的熱控制系統(tǒng)，它包含熱控涂層、熱防護(hù)材料以及熱管等。當(dāng)航天器一旦沖出大氣層，就會(huì)受到紫外線、高能粒子、原子氧等環(huán)境的侵蝕，其中，溫度變化帶來的影響是為顯著的。而這套“護(hù)甲”不管外部的環(huán)境變化多么劇烈，這套系統(tǒng)都能使航天器內(nèi)部維持在一定的溫度范圍，保證艙內(nèi)儀器設(shè)備正常工作。
 
　　量身定制的熱控涂層
 
　　人造衛(wèi)星表面涂覆著一種具有特殊功能的涂層材料，叫作熱控涂層。它專門用來調(diào)控固體表面的熱輻射性質(zhì)，從而達(dá)到熱控制的目的。
 
　　嫦娥探測(cè)器和玉兔巡視器所使用的熱控涂層多達(dá)20余種，研制工藝和吸收輻射比各不相同。這些材料的應(yīng)用確保了航天器各儀器設(shè)備在晝夜溫差高達(dá)300攝氏度的環(huán)境中依然正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
 
　　發(fā)動(dòng)機(jī)的“裙子”別具一格
 
　　除了熱控涂層，人造衛(wèi)星里還有另外一種熱控材料是多層隔熱材料。
 
　　當(dāng)探測(cè)器飛到月球附近的時(shí)候，要實(shí)現(xiàn)繞月飛行，就必須對(duì)它進(jìn)行“剎車”，從而被月球吸引力捕獲。在下降的過程中，不能利用空氣摩擦實(shí)現(xiàn)減速，而需要用反推力來實(shí)現(xiàn)減速降落。所以當(dāng)該發(fā)動(dòng)機(jī)工作的時(shí)候，高溫度可以達(dá)到1400多攝氏度，而它周圍的儀器設(shè)備的工作溫度卻需要維持在幾十?dāng)z氏度。因此，必須將這兩者在溫度上隔離開。
 
　　解決方案就是在發(fā)動(dòng)機(jī)的外圍給它穿一條“裙子”，也就是高溫多層隔熱材料。這條“裙子”的厚度只有1厘米，由20多層特殊材料組成，穿上它，就在發(fā)動(dòng)機(jī)和周圍的電子元器件之間形成了一道熱屏障。哪怕“裙內(nèi)”燃燒室和噴管的溫度超過1000攝氏度，“裙外”的溫度也不會(huì)超過100攝氏度，從而確保了探測(cè)器的正常工作。
 
　　有效防止冷焊現(xiàn)象
 
　　航天器的供電系統(tǒng)——太陽(yáng)能電池陣列帆板，在這個(gè)帆板的接觸支點(diǎn)上還有一種特殊的功能涂層，叫作高摩擦抗冷焊涂層。
 
　　“高摩擦”，顧名思義就是指這個(gè)涂層具有很高的靜摩擦系數(shù)。“冷焊”是指在高真空條件下，金屬固體表面失去所吸附的氣體，相互接觸時(shí)會(huì)發(fā)生不同程度的黏結(jié)現(xiàn)象。因此，我們要在接觸支點(diǎn)上涂覆一種具有高摩擦系數(shù)且不易發(fā)生冷焊的陶瓷涂層，有效防止冷焊現(xiàn)象的發(fā)生。
 
　　變色龍般的未來涂層
 
　　為了在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)保持性能穩(wěn)定，熱控涂層的使用壽命將達(dá)到10年、20年甚至更長(zhǎng)。輕量化則是為了增加航天器的有效載荷。在總重量不變的情況下，航天器要進(jìn)行“瘦身減重”，這樣才能帶更多的東西上天。目前我們已經(jīng)在世界上輕的合金——鎂鋰合金上成功研制出了一種新的熱控涂層，并且得到了成功應(yīng)用。
 
　　多功能化是指為了應(yīng)對(duì)不同的工作環(huán)境，航天器的熱控涂層同時(shí)還具有防靜電、自清潔等其他功能。
 
　　前面所說的各種涂層的吸收輻射比是固定的，所以，航天器的不同部位必須選用不同的材料；而智能熱控涂層可以隨著航天器表面的溫度不同而變化，實(shí)時(shí)自動(dòng)對(duì)周圍的環(huán)境進(jìn)行響應(yīng)，就像變色龍一樣。（資料參考：新華網(wǎng)）
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