太空温差都不怕,穿上这件“隔热服”,来一场说上天就上天的旅行

飞船在轨飞行的过程中 , 受太空环境因素的影响 , 其壳温会随着环境温度的改变在-200~200℃之间剧烈变化 。 在地球上 , 人们可以随气温的变化及时增减衣物 , 但面对太空400℃的温差 , 飞船靠什么“秘密武器”来护体呢?
太空温差都不怕,穿上这件“隔热服”,来一场说上天就上天的旅行
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受日光照射的神舟飞船“冰火两重天”无所畏惧
飞船的轨道舱和推进舱外壳均为导热性能良好的金属材料 , 倘若直接裸露在外 , 飞船内部温度会随着壳温的改变发生变化 , 不论是装载的各种实验仪器和设备 , 还是执行载人飞行任务的航天员 , 显然不能承受这样巨大的温差 。
为了解决这一问题 , 科研人员用多层隔热材料为飞船量身定制了一件“隔热服” , 对飞船进行了隔热处理 。
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多层隔热材料
材料的导热性能可以用当量导热系数来表征 , 比如 , 建筑中常用的保温砖的当量导热系数一般为0.2~1.2W/(m·℃) 。 理论上 , 当量导热系数越低 , 材料的隔热效果越好 。 而多层隔热材料的当量导热系数能达到10-5W/(m·℃)的量级 , 因此它又被称为超级隔热材料 。 有了这件“隔热服” , 就能在很大程度上减少飞船与外部环境的热传递了 。
“太空金缕衣”名不虚传
多层隔热材料正如其名 , 它是一种由多层反射屏和间隔层叠合在一起的组合材料 , 令人不可思议的是 , 这些组成材料中居然有金、银和丝绸 。 飞船“隔热服”的材料之名贵 , 毫不逊色于古代诗词中描写的金缕衣!
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多层隔热材料组成结构示意图多层隔热材料反射屏一般采用双面镀铝、银或金的聚酰亚胺薄膜或涤纶薄膜 , 其表面辐射率一般为0.02~0.04(表面辐射率是指物体表面辐射热量能力的系数 , 其值在0和1之间 , 其值越小 , 表明该表面辐射热量的能力越低) 。 间隔材料多用质地疏松的纤维纸或织物(丝绸、尼龙纱、涤纶纱等)制成 。 此外 , 多层隔热材料的层数可以根据需要进行选择 , 各层之间为真空 , 其隔热效果与隔热屏的层数及表面辐射率有关 , 隔热屏层数越多 , 表面辐射率越低 , 其隔热效果越好 。 “高定暖水瓶”保驾护航
尽管“隔热服”的组成材料相当高大上 , 但它的隔热原理却相当接地气 , 很像生活中常用的暖水瓶 。 多层隔热材料和暖水瓶都利用了真空隔热保温的原理 。 以暖水瓶为例 , 暖瓶为两层结构 , 反射屏为镀银的玻璃 , 中间抽成了真空 。 而如果暖水瓶不能保温 , 其原因大都是因为瓶底封闭的抽气孔破了 , 玻璃夹层中进入了空气 。
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飞船在轨飞行
同样的 , 对多层隔热材料来说 , 真空也是它具有隔热效果的必要条件之一 。 不一样的是 , 暖水瓶的抽气孔易碎 , 因而要注意保存 。 多层隔热材料却没有这么脆弱 , 科研人员还在多层隔热材料上打上很多小孔 , 这又是为什么呢?
原来 , 太空为真空环境 , 飞船在轨运行中由于受到压强的作用 , 多层隔热材料内部的空气就会自动扩散到太空中 , 其内部自然也就形成真空了 , 这样是比较经济、安全的选择 。
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太空中为真空环境“金牌搭档”助力飞天梦
给飞船穿上“隔热服”后 , 飞船内部温度能得到控制 , 但“隔热服”在杜绝飞船外部温度影响的同时 , 也使得飞船内部多余的热量无法通过舱壁散发出去 , 存在很大的安全隐患 。 为此 , 科研人员为飞船配备了“专用空调” , 即主动流体回路系统 。 飞船的流体回路由外循环回路和内循环回路两部分组成 , 通过内外循环回路的连续工作 , 能使舱内外吸收和散热达到平衡 , 满足航天员、仪器设备与结构部件对温度的要求 。
太空温差都不怕,穿上这件“隔热服”,来一场说上天就上天的旅行
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架设空调外机
太空温差都不怕,穿上这件“隔热服”,来一场说上天就上天的旅行】有了“隔热服”和“空调”的协同工作 , 飞船的保温与散热问题就迎刃而解了 , 飞船便可以放心踏上星辰大海的征途了~