太空环境可以用“冰火两重天”来形容,向阳面区域阳光毒辣,背阳面区域严寒阴冷。与此同时,太阳风带来的各类空间高能粒子和宇宙射线不断来袭,在多重因素的共同作用下,卫星表面的产品性能会逐步发生变化。为了应对恶劣的太空环境,工程师必须对气象卫星展开精密防护。我们经常看到卫星外表的部分区域包裹着金色或银色的外衣,部分区域覆着白色或者银色等不同的颜色涂层。

这些金色或银色的外衣就是多层隔热组件,其主要作用是隔断太阳光照射、抵御外部加热,同时在阴凉区域保温以保存自身热量。多层隔热组件的法向当量导热系数为 10-4W/(m·K) 量级,约为铝合金导热系数—通常在 120W/(m·K) 左右的八千万分之一。这样的太空保温服是怎么制造出来的呢?工程师根据太空环境(真空)的特点,使用对太阳光能够产生高反射的薄膜,设计出多层薄膜反射且互不接触的层叠结构,将热传导和热辐射两种形式的热交换降至最低,最终形成超低导热系数的多层隔热组件。针对薄膜的功能需求,工程师利用洛伦兹力原理,开发真空磁控溅射技术及设备,制备出氟 46、聚酰亚胺、金属箔等多种类型的气象卫星用热控薄膜。这些薄膜与网格布一起,在能工巧匠的“缝制”下,一件漂亮的“外衣”就诞生了。通过不同的薄膜材料与间隔层组合,可以加工形成低温多层隔热组件、中温多层隔热组件、高温多层隔热组件,适应不同温度区间下的工作环境。

气象卫星向宇宙空间散热主要依靠卫星表面白色或者银色的太空用特种热控涂层。白色或者银色热控涂层的太阳吸收比较低,在太阳照射下吸收太阳光热量较少,因此通常用来向宇宙空间散热。该类热控涂层采用极为特殊的材料与工艺制成,其在太阳及空间高能粒子等照射下,通常能够保持较为稳定的性能。工程师根据气象卫星在轨道上的姿态特点,选定特定的区域作为散热区域,喷涂白色或者银色的热控涂层。气象卫星舱体内通常涂装高红外半球发射率的热控涂层,一般为黑色热控涂层;在光学相机遮光罩内等光路相关的部位,通常使用具有消除杂散光功能的热控涂层,如超黑热控涂层等。当前,太空用特种热控涂层的涂装工作通常使用机械臂批量完成。

为了适应宇宙空间的深冷环境,气象卫星结构平台通常还使用电加热器维持温度。气象卫星的蓄电池、光学相机等产品的性能受温度影响较大,需要对其安装部位及产品进行格外照顾。航天工程师通常会选用电加热片、电加热丝等产品,对需要进行温度维持的部位进行加热,以防止产品温度过低或开展高精度温度控制。常用的电加热片是将聚酰亚胺和康铜箔共同组成的三明治结构,通过化学蚀刻形成不同的加热丝形状,控制加热器的阻值参数,最终压合封装成为电加热片。通过硅橡胶将电加热片粘贴装配在卫星产品表面后,控制系统就可以控制加热器的开关,调节产品的温度。

--摘自《星耀中国 我们的风云气象卫星》

来源: 《星耀中国 我们的风云气象卫星》

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