中国的登月探测器是如何抵御月球极端的低温与高温的？

地理纵横

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腊月初八（1月13日）地球上进入最寒冷的季节，“腊七腊八，冻掉下巴”，那么月球上日落了，要迎来为期14多天的漫漫长夜，最低气温要达到-183℃，我们的玉兔也做好了抗低温的准备，下面我们看两张图：

两张图一对比，玉兔为了保护各种仪器不会被冻坏，完成了月夜模式设置，玉兔二号的可伸缩太阳能电池帆板已经收起，搭成了一个小房子的样子，将仪器设备都包在里面。

我们知道，热量传递方式主要三种：辐射、对流、传导，由于月球上没有大气，我们只能依赖于辐射、传导方式与外界交换热量，来做好保温和散热的设计。在保温方面，由于夜间太阳能电池板不能工作，为了保证生物实验的进行，棉花子刚刚吐绿发芽，维持20℃-30℃的生长温度，专门配备了一块同位素电池核裂变时释放的热量，持续稳定，刚好可以作为设备保暖应用，嫦娥四号夜间基本上处于休眠状态，不在进行各项工作。

在设计上，生物实验用一个特殊铝合金材料制成的桶状罐子，可采用电热技术（如电阻丝或红外线）借助空气对流方式来保证温度的恒定。

还有一种可能利用类似“水冷”或“水暖”的方式来应付月球上的低温和高温，这种传导方式传递热量快，从嫦娥四号搭成一个小房子来看，抱团取暖，好象是通了暖气，来抵御严寒。

嫦娥四号着陆器外边包裹着保温和隔离辐射的特制材料，来抵御月球极端的低温与高温的的设计。

白天的防高温我们怎么应对的呢？主要依赖散热片，散热片连接着“水冷”循环系统，相当于我们的冰箱一样，把探测器内部的热量传导到散热片上辐射散热，散热片在太阳能电池板上，白天工作时太阳能电池板展开，增大辐射的面积，来确保电子元器件不受高温，太阳暴晒的伤害。

此外，还可以通过太阳能电池板调整角度让部分元器件躲在“阴凉”处，防止升温过快，另一方面可以充分利用电池板发电，转化了太阳能，维系月球车工作。

当然也可以利用昼夜变化来平衡一下热量，白天储存热量，晚上释放，适合着陆器散热和夜间保温。

嫦娥四号闪着银光，因为表面有一些反射热辐射的材料，这样也是为了控制温度。都是温控措施。

2019-01-18 10:24:53 0条评论

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2013年12月14日，嫦娥三号探测器成功着陆月球。2016年8月4日嫦娥三号正式退役，创造了在月面工作时间最长的世界纪录。嫦娥三号探测器设计师采用了“同位素热源+月球重力驱动两相流体回路+可变热导辐射散热器”的热管理方案，有效克服月球恶劣的热环境对探测器生存能力的挑战，这也是探测器能够在月球长期生存的重要基础。

月球特殊的热环境

月球没有大气层，直接导致探测器无法通过大气对流的方式交换热量，因此在技术上只能通过辐射散热和相变散热的方式管理热量。在月球上白天和黑夜的长度都相当于地面的14天，白天受到阳光直接照射，赤道附近探测器着陆点最高温度高达120摄氏度，晚上月球表面温度会很快降低至-180摄氏度。极端的高温、低温环境给探测器在月球的生存带来很大的难度。

月球表面日下点温度分布：月面红外辐射热流大小与探测器相对月面日下点的距离、位置有关,日下点月面温度最高约+120摄氏度

2.嫦娥三号热管理方案

探测器的热控产品除了包括常见的多层隔热组件外，还有两相流体回路、光学太阳反射镜、同位素热源等设备。多层隔热组件相对于探测器的棉袄，天冷时能为探测器保温，天热时又能起到隔热作用。同位素热源、两相流体回路、可变热导热管是针对月球环境，为探测器专门设计的热管理设备。

2.1同位素热源

为了解决月夜热量供应的问题，我国从俄罗斯引进了Pu-238同位素热源，并首次在航天器中使用。Pu-238衰变时将放出大量热量，其半衰期又长达87.7年，将Pu-238作为热源能有效解决探测器在月面工作过程热量来源问题。嫦娥三号探测器共配备3台同位素热源,其中着陆器2台,巡视器1台,均安装在探测器舱外,每个同位素热源提供约120W 功率。

典型同位素热源结构示意图，内部红色结构为用来发热的放射性核源，外部加装铝制翅片提高散热效率。

2.2 两相流体回路

为了保证月夜期间探测器舱内设备温度，嫦娥三号首次提出采用两相流体回路的方案，利用将同位素热源的热功率传入舱内，保证舱内设备的温度不超出储存指标要求。两相流体回路系统采用氨气作为工质，由蒸发器、冷凝器、储液器、管路等部分组成，在探测器发射、地月转移、环月、下降、月昼等阶段不工作，在月夜和昼夜转换端中开始工作，将热量传导至探测器仓内。嫦娥三号探测器一共使用3套两相流体回路，其中着陆器使用2套、巡视器使用1套。