太空中零下200多度,这么冷的天,为什么航天器还要散热?

太空中的温度非常低,宇宙中有些星云的温度更是低至零下270度左右,差不多接近绝对零度(零下273.15摄氏度)了。在常压下,这么低的温度,连空气也会被冻成固体。

在这么冷的环境中,航天器通常还要考虑散热问题。按理说,这么冷的天根本热不起来呀!那为什么要散热呢?

其实,这是因为太空中几乎空无一物,不像地球上那样,物体可以通过空气对流进行有效的散热。

如果没有恒星,宇宙中的星球都将陷入极度寒冷与死寂当中。在太阳系中,最大的热源就是太阳了,能给予地球温暖。而离太阳距离越远的行星,其表面温度也越低。

太阳温度那么高,热量那么大,能把地球烤热,而空旷的太空中还是那么寒冷,是因为太空中几乎空无一物,每立方米的空间内只有一个原子。而温度是物质热运动剧烈程度的体现,没有足够多的粒子,就算是太阳也无法把周围的太空晒热。

太空环境虽然很冷,但是航天器被太阳照射的那一面,却又非常的热,温度达到了一两百度。

以地球的卫星月球为例,月球表面是真空,没有一丁点空气,就是在这样的环境下,月球阴面的温度低至零下180度,而月球阳面的温度却高达160度。一阴一阳,温度整整相差了340度,这就是有太阳照射和无太阳照射所表现出的巨大温度差异。

地球上虽然也存在这种现象,但是白天和黑夜的温差比较小,通常也不会超过50度。正是因为地球上存在大气,由于空气的高速流动,既形成了风,也使地球表面的平均温度保持在15摄氏度左右,所以地球和月球虽处于同一公转轨道,但温差却天差地别。

而在太阳系八大行星当中,温差最大的就是水星了,温差高达600摄氏度,造成这个现象的原因就是水星上没有空气。金星由于拥有稠密的大气,并没有较大的温差,而且由于大气中的温室气体较多,产生了极其严重的温室效应,整个星球表面一直陷入数百度的高温当中。

吸热和放热会引起温度的变化,要想使温度发生变化,就必须要转移热量。如果系统中存在温度差,热量总是会从温度较高的区域转移到温度较低的区域。

在自然界中,热的传递有三种方式,分别为:热辐射、热对流、热传导。其中,热辐射是真空中的导热方式,依靠电磁波传递热量,不需要介质。热对流是流体内的导热方式,依靠物质流动转移热量;热传导是物质内部最普遍的导热方式,依靠粒子碰撞。这两种方式需要介质。

太空中空空荡荡的,没有空气。由于太空中没有热对流,太阳就只能通过热辐射的方式将能量传递给地球。被太阳照射的那一面,会积聚大量的热量,导致物体表面温度升高,而物体仅靠热传导短时间内很难使温度均衡,所以才会造成一个物体的阴阳两面温差极大。

人体60%的质量都是水,如果你身处地球附近的外太空,面向太阳的一面会被烤熟,而背向太阳的一面则会被冻成冰块。面对如此极端的环境,如果你没有穿宇航服,你很快就会一命呜呼。

太空环境属于真空,真空能够隔热,物体热量损失的比较缓慢。航天器在太空中向阳的一面被太阳暴晒,温度很高,如果不进行有效的散热,随着热量的堆积,就会损坏航天器舱内的精密仪器。

航天器仅有两种被动散热方式,一种就是依靠热辐射将热量散发到太空中,另一种就是依靠舱体将这些热量传导到背阴面。热辐射散热十分缓慢,而热传导也不足以快速转移热量,所以航天器需要进行主动散射。那么只能增加热对流了。

为了维持正常运转,大多数卫星都装有热管(依靠流体导热),就是为了减小温差、均衡温度,既能给被太阳照射的一面散热,又能给背阴面保暖。在这种环境下,虽然外界环境温度很低,航天器内部某些发热量比较大的部件,也是需要进行主动散热的。国际空间站就配备了充满循环氨的巨大散热器,以增加辐射面积。