中新網1月6日電 巡視器要在“水深火熱”極度惡劣的環境中生存和工作,熱控是關鍵。為實現中國“嫦娥”在月球上漫步的夢想,總體部熱控人面臨著前所未有的巨大挑戰,他們用行之有效的方法,在月球環境這一陌生的領域里,闖出了自己的一片天地。
  挑戰月面生存難題
  巡視器任務複雜,除了要經歷運載火箭發射段、地月轉移段和環月段,還將經歷動力下降段、兩器分離段、月晝工作段、月夜段和晝夜轉換段,這些都要求熱控分系統必須具備多種工作模式。月球錶面的環境極端惡劣,月晝溫差大,外熱流也將更加複雜和惡劣。此外,月球錶面具有與地面和空間不同的力學環境。月球錶面的重力加速度為1/6g,航天器上被最廣泛應用的高效熱控技術——氨軸向槽道熱管將無用武之地,而國外飛行過的環路熱管兩相流技術又不能適應晝夜轉換過程。而巡視器則需要在任務周期內多次度過寒冷而漫長的月夜,熱控分系統將得不到任何能源供給,巡視器的“月夜生存”問題幾乎將總體部熱控人逼到了絕境。
  為解決嫦娥三號巡視器面臨的“劇烈變化熱環境”及“月夜無法提供電源供給”的巨大困難和挑戰,實現巡視器內儀器設備的溫度控制,總體部熱控研製團隊開始了艱難的攻關。經過大量學習、調研和論證,在該部熱控室雄厚的技術基礎上,研製團隊在熱管實驗室的兩相傳熱技術研究基礎上,開展了1/6g重力輔助兩相流體迴路的研究工作。從2007年9月開始,經過8個月馬不停蹄的攻關論證,他們提出了兩相流體迴路的方案,併進行了原理性驗證;此後,又於2008年5月至2009年11月期間,完全自主的研製開發了月球1/6g重力輔助兩相流體迴路熱傳輸系統,並通過了嫦娥三號模樣階段試驗驗證。從2010年11月至今的三年時間里,巡視器熱控研製團隊完成了初樣產品的優化設計和研製,併進行了真空熱試驗驗證,產品的功能和性能很好的滿足技術要求。
  全球首創熱控技術
  1/6g重力輔助兩相流體迴路的方案確定凝聚了總體部熱控人的智慧和勇氣。論證初期,經過部內各流派設計師的反覆討論、斟酌和思考,最終大膽提出使用1/6g重力輔助兩相流體迴路解決著陸器和巡視器熱控難題的基本方案。而在新產品的開發、研製過程中,熱控人更是不斷創新進取,奮力攻關,依靠堅持不懈的努力解決了多項重大的技術難題。
  1/6g重力輔助兩相流體迴路系統綜合利用月球1/6g的重力場、特殊“熱源”、兩相流體迴路技術,無需能源供給,用一套迴路即可實現探測器內所有設備的溫度控制,解決了在長達14天的月夜無能源供給情況下儀器的溫控難題。利用控制閥實現了兩相流體迴路的運行/關閉兩種工作模式,即高效傳熱和隔熱的功能切換。通過與外協單位緊密合作,突破了不同金屬材料間超低熱阻安裝結構的技術瓶頸,相對常規界面的處理方法,關鍵部件蒸發器、冷凝器熱耦合界面的熱阻減少了80%以上。針對月球特殊力學環境,研製人員建立了1/6g重力驅動兩相流體迴路產品的地面等效模擬方法,提出了兩相流體迴路的地面驗證試驗方法,通過降低迴路驅動高度、增大儲液器截面面積和基於調研基礎預留驅動餘量的綜合處理方法,在通過地面試驗後,能夠保證巡視器在月球上的工作能力。
  重力輔助兩相流體迴路在嫦娥三號上的應用是全球航天器熱控系統設計的首次嘗試,是中國航天人一項巧妙而獨特的創新設計,作為嫦娥三號著陸器和巡視器的關鍵技術,該技術的突破性進展為確保著陸器、巡視器研製的順利開展做出了重要貢獻。該技術的研究,還同時推動了國內兩相傳熱技術學科的發展,突破了兩相流體迴路1/6g分析模擬技術、地面驗證試驗技術;異種金屬材料間超低熱阻安裝結構技術的突破,帶動了國內相關材料加工領域的發展。同時,為在行星錶面執行任務的探測器提供了嶄新的熱控設計思路,解決了深空探測中普遍面臨的晝夜轉換及夜間休眠熱控難題,推動了新型兩相流體迴路技術及產品自身的成熟與發展,提高了熱控技術和產品研製水平,為將來兩相流體迴路技術在我國航天領域其它型號的廣泛應用奠定了良好基礎。
  能徵善戰的團隊
  九霄冷暖君知否?嫦娥不畏廣寒宮。在嫦娥三號熱控技術攻關的道路上一路過關斬將的研製團隊,是一支由30歲左右的設計師構成的年輕團隊。多少次,他們為瞭解決熱控難題晝夜作戰,調研、討論、分析、試驗,大家一起吃盒飯,一起半夜回家,直到難題被一個個攻剋,想法被一個個驗證,措施被一個個落實。多少次,他們為了保證產品按期交付來回奔走,協調、跟產、驗收、交付,處理技術問題,白天都在工作,夜晚都在行走的車上睡覺。又有多少次,為了忙試驗、趕進度,他們徹夜不眠,連續作戰,倒休也惦記著工作。他們不僅有堅強的意志,必勝的信念;還有精湛的技術,快速解決問題的能力;一個人戰鬥,他們是特種兵,集體戰鬥,他們是主力軍,在嫦娥三號熱控技術攻關的道路上,他們集中優勢兵力,拔掉一個“碉堡”,又撲向下一個“據點”,攻堅克難,乾凈利索,不留任何隱患。正是這個團隊,他們針對新的形式和狀態,他們批判地繼承;針對前所未有的難題,他們大膽地提出方案,周密地驗證,並通過學習和創新,實現 熱控技術的又一次飛躍。
  隨著嫦娥三號任務的圓滿成功,總體部熱控團隊的設計師們緊張忙碌而充實的工作暫時告一段落,想想一起為之所努力付出的,大家會心一笑,其中冷暖自知,但是從每個人的笑容裡人們可以發現,他們是幸福的,是欣慰的……
  成績漸漸成為過去,等待他們的將是新一輪更為艱巨的挑戰。展望未來,他們將以特有的活力、團結和互補開始新的徵程。(龐丹)  (原標題:科研團隊全球首創熱控技術 助力巡視器月面生存)
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