中国的登月探测器是如何抵御月球极端的低温与高温的？

2022-01-17

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。

中国的登月探测器是如何抵御月球极端的低温与高温的？

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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。

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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。

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两相流体回路利用月球重力驱动工质，系统全重2.2kg，重量是美俄同类设备的1/50 。2.3 可变热导热管

为了适应月球表面复杂恶劣的热环境，嫦娥三号在国内首次应用了可变热导热管。可变热导热管能根据热负荷和环境条件变化，改变其中冷凝段的长度，自动调整传热量实现对舱内温度的控制。嫦娥三号着陆器共使用了14根可变热导热管，其中蒸发段连接舱内设备，冷凝段连接外面的光学太阳发射镜，将热量辐射至月球环境中。

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可变热导热管外形图，为了能在发射、地月转移、下降、月面等不同重力环境中正常工作，内部采用特殊设计的热管毛细芯。

月球的特殊环境对探测器的热管理带来很大的技术调整，嫦娥三号设计师使用了多种热能控制技术，部分技术达到了世界领先水平，圆满的完成了嫦娥三号探测器执行探测任务过程的热管理任务。

参考资料：

1.嫦娥三号“玉兔"巡视器热控制，向艳超、陈建新、张冰强，《宇航学报》；

2.嫦娥三号探测器热控系统设计与验证，刘自军、向艳超、斯东波等，《中国科学技术科学》；

3.月球探测器月夜生存热控技术及展望，苗建印、何江、张红星，《中国航天》.

其他网友观点

当然材料我等无所知，这涉及到航空航天高科技机密。但是根据自然科学原理，我们也可大胆猜测一下。

月球白天与夜晚温差巨大，白天温度可达120摄氏度，到了夜晚温度在零下180摄氏度左右。

据说嫦娥三号着陆探测器有一个多层隔热组件，双向隔热，当外部温度高时可以阻挡高温向内热传导，当外部温度低时，又可阻挡内部温度不向外漏。

此外，当外部温度低时，探测器内部的同位素核源又能够持续放热，确保温度始终保持在一定的范围内，探测器内也设计了好几个散热面，当温度过高时，可以把多余的温度散发出去。

总结一下，其核心技术主要是“温控技术”，采用的方法无外乎几种，1.高温散热技术，2.低温生热技术，3.恒温技术。

谢邀，回答的太过片面，请指正交流。

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