使用温度监测设备和冷却方法,如强制气流,是一种热控制形式。NASA 发射的多个舱段和站点配备了最先进的热控制系统,但你是否曾想过这些对国际空间站为何如此重要?

没有热控制,国际空间站在阳光下的温度将升至华氏 250 度(约摄氏 121 度),在阴影中则会骤降至华氏 -250 度(约摄氏 -157 度)。

在国际空间站上拥有热控制系统为何必要?

国际空间站(ISS)的热控制系统在一个奇特的新环境中平衡太空的极寒和太阳的炽热,在这里热空气不会上升,热量也不通过传导传播。

如果没有热控制,轨道空间站面向太阳的一侧温度将达到华氏 250 度(约摄氏 121 度)。相对地,背向阳光的一侧温度将骤降至华氏 -250 度(约摄氏 -157 度)。 

幸运的是,为了机组人员和空间站的所有硬件,ISS 在设计和建造时就考虑了热平衡。它配备了热控制系统,使宇航员在轨道家园中保持凉爽舒适。(来源:NASA

什么是多层绝热(MLI)?

绝热是热控制的首要设计考虑因素,因为它可以保留热量以保持温暖,或排出热量以实现冷却。地球上环境热量主要通过导热——即空气分子之间的碰撞——进行传递。而对流则是空气的循环或整体运动。

这就是为什么你基本上可以利用绝热材料内部被困的空气来为房屋保温。空气是热的不良导体,而保持空气的绝热纤维还能最大限度地减少对流。在太空中没有空气进行导热或对流。

Andrew Hong,NASA约翰逊航天中心的工程师兼热控制专家

太空环境以辐射为主导。物体通过吸收阳光而升温,通过发射红外能量(肉眼不可见)而冷却。

因此,国际空间站的绝热材料并不像地球上大多数住宅中那种柔软的粉色纤维垫。相反,空间站使用的是一种由 Mylar 和涤纶(dacron)制成的高反射性毯子,称为多层绝热(Multi-Layer Insulation,简称 MLI)。

Mylar 被铝化,以阻止太阳热辐射穿透。层叠的 dacron 织物保持 Mylar 薄膜分离,防止热量在层间传导。这确保辐射成为毯子中最主要的热传递方式。窗户是巨大的热泄漏,但宇航员出于人体工程学以及科研需要必须使用它们。这是我们必须在设计时考虑的因素。

Andrew Hong,NASA约翰逊航天中心的工程师兼热控专家

除了窗户之外,国际空间站的大部分区域都由 MLI 屏蔽辐射。MLI 绝热层具有双重作用:阻挡太阳辐射,同时防止太空的严寒渗透到站体的金属外壳。

它的性能如此出色,以至于国际空间站给工程师们带来了新的热控挑战:在这个超绝热的轨道实验室中,内部温度因各种产生热量的仪器不断上升。
太阳能用于为国际空间站的航空电子、电子设备及其他系统供电。这些系统都会产生热量,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。主动热控系统(Active Thermal Control System,简称 ATCS)旨在从飞船中移除热量。(来源:NASA