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5月3日,嫦娥六號探測器搭乘長征五號遙八運載火箭在海南文昌發射場發射升空,由此開啟為期53天的全球首次月球背面取樣返回之旅。
5月3日拍攝的嫦娥六號探測器和長征五號遙八運載火箭器箭組合體(來源:新華社)
在100多攝氏度的月球表面挖土,那小小的“嫦娥”沒有足夠的散熱面積,這時就輪到我們自主研發的散熱神器“水升華器”閃亮登場了。
那么,這種水升華器為什么能散熱?我們在炎炎夏日吹風扇,身上的汗水蒸發了,是不是感到涼快多了。
月球表面雖然沒有空氣,形成不了風,但是水在真空環境蒸發,結冰后升華會帶走大量的熱量。
水升華器主要由多孔板、儲水箱、水管、控制閥門四部分構成。當“嫦娥”表面溫度過高時,水升華器就會收到開始工作的信號,控制閥門自主打開,存儲在儲水箱中的水就會通過水管流入多孔板。多孔板一側暴露在月球真空環境中,那么靠近這一側的水分子就會馬上蒸發,需要大量吸熱,把板中靠近“嫦娥”的水凍成冰。真空環境壓力非常小,冰中固態水分子一旦失去束縛,就很容易跑出來變成活躍的氣態,這就是升華。而升華會吸收更多的熱量,“嫦娥”的溫度也就降下來了。你可不要小看這普普通通的5公斤水帶走的熱量,它能讓“嫦娥”在炎炎烈日下多工作20個小時。
升華散熱的原理聽起來并不復雜,但要保證供水量和水消耗量之間的平衡,可不是一件容易的事:一次給水太多,來不及結冰的水就會噴出多孔板;給水太少,凝結不出足夠的冰,熱量又散不出去。
作為質量第一責任人,設計師需要考慮一切可能性。
嫦娥五號總設計師楊孟飛院士最常問的就是“為什么”,如果誰能經得住他的“七個為什么”,就證明對技術、產品和過程完全吃透了。
“中國航天人絕不帶問題上天”。一次次否決與爭論打磨出安全、高質量方案,在挑戰中創新,在重壓下跨越,無數心血澆灌出探空攬月的階梯。
(作者系北京空間飛行器總體設計部航天器熱控設計師、第十屆全國科普講解大賽一等獎獲得者)
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