今天1时59分，在内蒙古四子王旗着陆场，随着返回器着陆，嫦娥五号探测器奔月球之旅宣告圆满结束。
本次探测中，嫦娥五号轨道器热控系统研制任务由中国航天科技集团有限公司第八研究院（上海航天技术研究院）509所热控团队承担。既要节约能源、轻装上阵，又要应对好200余个可能的高低温热环境、经受住最高1300℃的高温考验，509所热控团队克服重重困难，在热控重量“瘦身”的同时，开创性采用错峰补偿控温策略和二次热防护复合系统，在大幅度节约重量和功率的同时做好热控，为嫦娥五号奔月之旅保驾护航。
更轻才能飞更远
为了克服地球引力飞向月球，采样后再克服月球引力飞回地球，嫦娥五号必须轻装上阵、节约能源，每一克重量和每一瓦能源都不能浪费，“减重”成了热控设计师们面临的第一道难题。“如何用最少的重量达到最优的效果？”热控团队主任设计师赵吉喆从项目开始就没有停止思考这个问题。以往传统的梯形结构热管传热能力有限，重量重。设计团队对热管内部结构进行优化设计，新研了微结构热管，不仅质量更轻，而且传热能力增加达130%。与此同时，团队把原本厚度统一的多层隔热组件改变成“量体裁衣”，让每台设备穿上厚薄不同的衣服，确保每台设备体温正常。团队大胆创新，将散热涂层厚度减薄30%，设计了更轻、更薄的柔性散热面，通过采用一体化热设计理念，使每台设备与整器的热设计高度耦合，大大降低了热控设计的重量，相比以往热控重量，从占整器3%减少到1.3%。
高峰期热功耗为0
副主任设计师张彧介绍：“在整个飞行阶段，轨道器需历经19个飞行阶段、8种飞行姿态及5种不同的构型，飞行过程中要经历极为恶劣的热环境，长期经受太阳、月球和空间低温的交替，引起轨道器外表面高低温的剧烈变化，其温度范围可从摄氏零下二百多度变至上千度以上。”面对巨大的外热流和内功耗剧烈变化，轨道器需要设计较大的散热面以满足高温散热需求，低温时则需要消耗较多的电加热功耗来保温，采用传统热设计会占用大量资源。通过大量的仿真、试验，热控团队探索出一套错峰补偿的控温策略。通过对在轨卫星海量运行数据的挖掘，团队推断出热控涂层等材料参数的空间影响因素和性能变化规律，建立准确的温度场在轨预测模型，摸准了每台设备在轨温度特性，团队“对症下药”，针对每台设备提出热控系统自主管理模式，实现热控系统在近月制动、交会对接等关键阶段的用电高峰期时加热功耗为0的目标，确保整器有充足的能源完成关键任务。
防“烧伤”做好热防护
为了更快更稳地飞到月球，嫦娥五号轨道器共配备了39台发动机，分布在舱体的各个位置，发动机工作时温度会升至1100~1300℃。“如果热防护做不到位，轨道器就会被高温‘烧伤’”副主任设计师刘冈云介绍。传统的热防护采用高温材料进行设计，耐高温材料密度大、重量重。通过多轮仿真和试验，热控团队开创性地提出了二次热防护复合系统。一方面采取高中低温复合隔热多层，层层将发动机1300℃高温辐射影响降低到常温状态；另一方面，通过复合高温隔热屏将发动机辐射温度由1300℃降低到200℃后，再根据不同设备的温度需求，个性化定制，进行二次热防护。创新采用的差异化热设计大大降低了耐高温材料的使用比例，将热防护重量大幅下降约三成，为轨道器节约了宝贵的重量。
本次509所热控团队开创性采用的一体轻量化热设计理念，错峰补偿控温策略和二次热防护复合系统，在大幅度节约重量和能源的同时做好热控，不仅在本次任务中为嫦娥五号保驾护航，后续更有望应用于遥感、深空探测等领域，发挥更大作用。 记者 叶薇