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热控制

为什么国际空间站需要热控制?

使用温度监控装置和冷却方法,例如强制气流,是热控制的一种形式。 NASA 发射的几个吊舱和空间站配备了最先进的热控制装置,但您有没有想过为什么这些对国际空间站至关重要?

如果没有热控制,国际空间站的温度将在阳光下飙升至华氏 250 度,在阴凉处骤降至零下 250 华氏度。

对国际空间站进行必要的热控制有什么重要性?

国际空间站 (ISS) 的热控制系统在一个热空气不上升、热量不传导的奇怪新世界中平衡了太空的深度冻结和太阳炽热的热量。

如果没有热控制,轨道空间站面向太阳一侧的温度将达到 250 华氏度或 121 摄氏度。 相比之下,黑暗面的温度计会骤降至负 250 华氏度或 -157 摄氏度。 

幸运的是,对于机组人员和空间站的所有硬件来说,国际空间站的设计和建造都采用了热平衡。 它配备了一个热控制系统,让宇航员在他们的轨道家中保持凉爽和舒适。 (资源: 美国航空航天局)

什么是多层绝缘 (MLI)?

绝缘是热控制的第一个设计考虑因素,因为它可以保持热量进入以供暖,而将热量保持在外部以进行冷却。 环境热量主要通过传导或单个空气分子之间的碰撞在地球上的空气中传递。 而对流是空气的循环或整体运动。

这就是为什么您可以基本上使用绝缘材料内的空气来绝缘您的房子。 空气是热的不良导体,保持空气的家庭绝缘纤维仍然最大限度地减少对流。 在太空中,没有空气进行传导或对流。

Andrew Hong,美国宇航局约翰逊航天中心工程师和热控制专家

太空环境以辐射为主。 物体通过吸收阳光加热并通过红外线发射能量冷却,肉眼不可见。

因此,国际空间站的绝缘材料与地球上大多数家庭中的粉红色纤维蓬松垫不同。 相反,空间站的绝缘材料是由聚酯薄膜和涤纶制成的高反射毯子,称为多层绝缘材料(或 MLI)。

Mylar 是镀铝的,因此太阳热辐射无法通过它。 涤纶织物层使 Mylar 片材保持分离,从而防止热量在层间传导。 这确保了辐射将是通过毯子的最主要的传热方法。 窗户是一个巨大的热泄漏,但宇航员需要它们来实现人体工程学和他们的研究。 这是我们必须围绕它设计的东西。

Andrew Hong,美国宇航局约翰逊航天中心工程师和热控制专家

除了窗户外,国际空间站的大部分区域都被 MLI 屏蔽了辐射。 MLI 绝缘有双重用途:它可以阻挡太阳辐射,同时还可以防止太空中的严寒穿透空间站的金属外壳。

它的性能如此出色,以至于国际空间站向工程师们提出了一项新的热挑战:处理这个装有各种发热仪器的超级绝缘轨道实验室内部不断升高的内部温度。
太阳能用于为国际空间站的航空电子设备、电子设备和其他系统供电。 它们都会产生热量,必须采取措施消除多余的热量。 热交换器是最基本的解决方案。 主动热控制系统,简称 ATCS,旨在消除宇宙飞船的热量。 (资源: 美国航空航天局)

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