中新網(wǎng)11月5日電 題：妙手能工織錦緞 巧做“嫦娥”奔月衣——記嫦娥一號(hào)衛(wèi)星熱控主任設(shè)計(jì)師邵興國(guó)
特約記者 成方
中科院院士、繞月探測(cè)工程總設(shè)計(jì)師兼總指揮葉培建將熱控技術(shù)與軌道設(shè)計(jì)、測(cè)控和數(shù)據(jù)傳輸以及制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制并列為繞月探測(cè)衛(wèi)星的四大技術(shù)難點(diǎn)。而邵興國(guó)正是帶領(lǐng)大家突破嫦娥一號(hào)衛(wèi)星熱控技術(shù)難點(diǎn)的人。
臨危受命擔(dān)大任
時(shí)間回到2003年9月，那時(shí)嫦娥一號(hào)衛(wèi)星剛剛轉(zhuǎn)入初樣階段，就像一株剛剛發(fā)芽的幼苗，正需要百般呵護(hù)，可作為嫦娥一號(hào)衛(wèi)星最重要的分系統(tǒng)之一——熱控系統(tǒng)的主任設(shè)計(jì)師和副主任設(shè)計(jì)師卻在此時(shí)相繼調(diào)離。當(dāng)時(shí)的情況是嫦娥一號(hào)衛(wèi)星熱控技術(shù)狀態(tài)還有很多不確定的地方，設(shè)計(jì)方案有待于進(jìn)一步細(xì)化，更重要的是那時(shí)對(duì)于月球的熱環(huán)境知之甚少。熱控分系統(tǒng)關(guān)系重大，一旦熱控停下來(lái)，整個(gè)衛(wèi)星就得停下來(lái)。由于沒(méi)有現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)度要求又十分嚴(yán)格，技術(shù)難度極大，接手衛(wèi)星的熱控工作無(wú)論對(duì)誰(shuí)而言都是一個(gè)巨大的考驗(yàn)。
誰(shuí)能擔(dān)此重任？總體部熱控工程技術(shù)研究室的領(lǐng)導(dǎo)和專(zhuān)家們經(jīng)過(guò)慎重的考慮和研究，決定由邵興國(guó)出任嫦娥一號(hào)衛(wèi)星熱控分系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師。
憑著多年從事熱控產(chǎn)品研制積累的豐富的工作經(jīng)驗(yàn)和長(zhǎng)期刻苦鉆研打下的扎實(shí)基礎(chǔ)，加上強(qiáng)烈的責(zé)任感和使命感，思路開(kāi)闊、思維敏捷的邵興國(guó)在短短一個(gè)月里就熟悉了衛(wèi)星熱控分系統(tǒng)及衛(wèi)星總體的設(shè)計(jì)，迅速進(jìn)入狀態(tài)，開(kāi)始了嫦娥一號(hào)衛(wèi)星史無(wú)前例、處處充滿(mǎn)著探索和挑戰(zhàn)的熱控研制。
發(fā)現(xiàn)月食除隱患
嫦娥一號(hào)衛(wèi)星是探月衛(wèi)星，面對(duì)月球的復(fù)雜環(huán)境，擺在邵興國(guó)和他的團(tuán)隊(duì)面前的困難也是一個(gè)接一個(gè)。說(shuō)起技術(shù)難題，樁樁件件都?xì)v歷在目，而最讓邵興國(guó)他們難忘的還是月食問(wèn)題。
月食是一種自然天象，月球圍繞地球飛行過(guò)程中會(huì)在某個(gè)時(shí)刻進(jìn)入地球的陰影，地球人肉眼可以觀察到的就是月球逐漸變暗，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后又恢復(fù)原狀。月食所經(jīng)過(guò)的時(shí)間就是天文愛(ài)好者常說(shuō)的月亮從初虧到復(fù)圓經(jīng)過(guò)的時(shí)間。
月食對(duì)衛(wèi)星有什么影響？衛(wèi)星的設(shè)計(jì)狀態(tài)能否順利通過(guò)月食？星上設(shè)備能否承受月食的低溫環(huán)境？這些問(wèn)題還不是初期的衛(wèi)星熱控能完全回答和解決得了的。
邵興國(guó)接手嫦娥一號(hào)衛(wèi)星熱控分系統(tǒng)研制后，很快就敏銳地覺(jué)察到月食不僅對(duì)衛(wèi)星有影響，而且這個(gè)影響還相當(dāng)巨大，對(duì)衛(wèi)星的熱控設(shè)計(jì)提出了新的挑戰(zhàn)，因?yàn)楫?dāng)衛(wèi)星在環(huán)月過(guò)程中隨月球進(jìn)入地影時(shí)，太陽(yáng)無(wú)法照到衛(wèi)星上，其影響首先是沒(méi)有了太陽(yáng)能源，能源系統(tǒng)不能滿(mǎn)足正常的衛(wèi)星能源需求，進(jìn)而是沒(méi)有了太陽(yáng)外熱流，衛(wèi)星的溫度會(huì)急劇下降，更可怕的是衛(wèi)星處于陰影區(qū)的時(shí)間將可能長(zhǎng)達(dá)5個(gè)多小時(shí)，這是一般衛(wèi)星所度過(guò)的72分鐘陰影區(qū)時(shí)間的數(shù)倍，如果這個(gè)問(wèn)題不能得到有效解決，一旦衛(wèi)星遭遇月食被“凍僵”了，后果將不堪設(shè)想。
發(fā)現(xiàn)月食問(wèn)題后，邵興國(guó)又馬不停蹄地尋找解決問(wèn)題的辦法，他一方面組織衛(wèi)星的熱控人員廣泛收集國(guó)內(nèi)外有關(guān)月食期間月球熱環(huán)境的資料，和大家一起討論研究月食期間月球環(huán)境變化對(duì)衛(wèi)星外熱流的影響，為下一步衛(wèi)星熱控系統(tǒng)的改進(jìn)和完善提供理論依據(jù)；另一方面積極向衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)匯報(bào)，詳細(xì)論證說(shuō)明了月食問(wèn)題的嚴(yán)重性，以期得到衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)的支持，共同尋求對(duì)策。
他的執(zhí)著努力沒(méi)有白費(fèi)，衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)充分理解了月食對(duì)衛(wèi)星的影響，經(jīng)過(guò)多方面的協(xié)調(diào)和討論，衛(wèi)星的研制人員都認(rèn)識(shí)到了問(wèn)題的嚴(yán)重性并開(kāi)始著手尋求解決之道，為嫦娥一號(hào)衛(wèi)星奔月消除隱患。也正是邵興國(guó)的這一發(fā)現(xiàn)使衛(wèi)星在初樣階段就能夠針對(duì)月食問(wèn)題及時(shí)采取措施，修改對(duì)設(shè)備的環(huán)境試驗(yàn)要求，完善熱控設(shè)計(jì)，從而保障了衛(wèi)星在月食期間安全平穩(wěn)地運(yùn)行。
熱管專(zhuān)家巧創(chuàng)新
說(shuō)邵興國(guó)是個(gè)熱管專(zhuān)家，一點(diǎn)也不為過(guò)。從1983年考上五院研究生，師從閔桂榮院士進(jìn)行熱控研究開(kāi)始，到1986年走上工作崗位獨(dú)立從事熱管研究，直至2001年參與型號(hào)設(shè)計(jì)，在將近二十年的時(shí)間里，邵興國(guó)一直從事熱管方面研究。熱管是熱控分系統(tǒng)的重要產(chǎn)品，是進(jìn)行熱傳遞和實(shí)現(xiàn)等溫化設(shè)計(jì)的重要手段。多年的勤奮鉆研和扎實(shí)積累，使邵興國(guó)對(duì)熱管的性能和品質(zhì)具有十分廣泛深入的了解，這也為他在嫦娥一號(hào)衛(wèi)星的熱控設(shè)計(jì)中對(duì)熱管的出色應(yīng)用提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和理論支持。
當(dāng)時(shí)面對(duì)月食和月球紅外的雙重影響，衛(wèi)星的熱控系統(tǒng)亟待改進(jìn)，一方面要防止衛(wèi)星在月食期間由于溫度驟降而被凍傷，另一方面還要防止衛(wèi)星受到月球紅外的影響溫度急升而被燒傷。由于月球表面溫度存在巨大的起伏,造成環(huán)月飛行過(guò)程月球紅外背景熱流與地球相比有很大差異，地球的背景紅外熱流為恒定值，約為240W/m2；月球紅外熱流是從0~1460 W/m2變化，衛(wèi)星對(duì)月面球的到達(dá)熱流峰值比地球環(huán)境高六倍多。時(shí)間緊，任務(wù)重，只能選擇比較成熟可靠的技術(shù)，邵興國(guó)首先想到了熱管。
經(jīng)過(guò)縝密的計(jì)算和分析，邵興國(guó)決定使用三只艙外安裝的U熱管，對(duì)衛(wèi)星上安裝兩蓄電池組艙板進(jìn)行熱耦合設(shè)計(jì)，同兩艙預(yù)埋的熱管形成耦合熱管網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這是首次在衛(wèi)星熱控設(shè)計(jì)中采用的技術(shù)方案，是新穎和大膽的嘗試，需要經(jīng)過(guò)充分的地面試驗(yàn)驗(yàn)證。但此時(shí)這個(gè)技術(shù)方案已經(jīng)來(lái)不及在初樣熱平衡試驗(yàn)中進(jìn)行驗(yàn)證了。對(duì)此，以邵興國(guó)為首的熱控設(shè)計(jì)人員面臨很大壓力，也充滿(mǎn)了很多期待。為了驗(yàn)證這個(gè)設(shè)想，他多次深入熱管生產(chǎn)車(chē)間和熱管裝配車(chē)間，與熱管生產(chǎn)人員進(jìn)行充分交流，讓熱管設(shè)計(jì)人員和生產(chǎn)人員充分了解設(shè)計(jì)意圖，和他們一起解決生產(chǎn)和裝配過(guò)程中的工藝問(wèn)題。工夫不負(fù)有心人，在邵興國(guó)和全體熱控研制人員的共同努力下，設(shè)計(jì)方案在正樣熱平衡試驗(yàn)中其功能經(jīng)過(guò)了充分驗(yàn)證，嫦娥一號(hào)衛(wèi)星的熱控最終實(shí)現(xiàn)了在國(guó)內(nèi)首次采用常規(guī)槽道熱管對(duì)星上相對(duì)兩艙板進(jìn)行熱耦合的設(shè)計(jì)方案，配合總體圓滿(mǎn)完成了衛(wèi)星設(shè)計(jì)方案。
其實(shí)嫦娥一號(hào)衛(wèi)星使用熱管的創(chuàng)新之處還有不少。干涉成像光譜儀與CCD相機(jī)是嫦娥衛(wèi)星的重要有效載荷，其焦面探測(cè)器(即CCD器件)的溫度水平對(duì)相機(jī)的成像質(zhì)量有很重要的影響。CCD的溫度相對(duì)于其它儀器設(shè)備允許的溫度范圍較窄，需要單獨(dú)設(shè)計(jì)控溫措施，但是由于月球紅外的影響，對(duì)月面不能布置散熱面，月球熱環(huán)境的復(fù)雜和惡劣，導(dǎo)致CCD相機(jī)的溫度波動(dòng)劇烈。為了平抑CCD相機(jī)的溫度波動(dòng)，邵興國(guó)創(chuàng)造性利用成熟的槽道熱管生產(chǎn)工藝和充裝技術(shù)，把相變材料當(dāng)作工質(zhì)充裝到熱管的部分槽道中，讓它與槽道熱管組成相變材料復(fù)合熱管。利用相變材料的蓄熱特性，成功解決了CCD相機(jī)溫度波動(dòng)的難題，同時(shí)也開(kāi)創(chuàng)一種槽道熱管應(yīng)用的新方法。
嫦娥一號(hào)衛(wèi)星的熱控一共使用了32根熱管，你可別小看了這32根熱管，它們的數(shù)量和安放位置都是經(jīng)過(guò)嚴(yán)格論證和實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的，每一根熱管的使用都凝結(jié)著邵興國(guó)智慧和心血。大家說(shuō)：“在嫦娥一號(hào)衛(wèi)星熱控分系統(tǒng)的研制中，邵興國(guó)把熱管用出了特色，用出了水平，用得非常成功！”
滿(mǎn)懷自信建功業(yè)
嫦娥一號(hào)衛(wèi)星的熱設(shè)計(jì)早期采用環(huán)路熱管，后來(lái)由于月食問(wèn)題越來(lái)越突出，必須對(duì)原有設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，邵興國(guó)創(chuàng)造性地提出了“兩艙熱管熱耦合技術(shù)”。當(dāng)時(shí)，在沒(méi)經(jīng)過(guò)預(yù)演和地面驗(yàn)證的情況下，把這種技術(shù)使用在即將發(fā)射的衛(wèi)星上，跨度非常大。決定采用這個(gè)技術(shù)，邵興國(guó)承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)可想而知，一旦嘗試失敗，作為熱控主任設(shè)計(jì)師，不但他本人要負(fù)重大責(zé)任，更嚴(yán)重的是整個(gè)衛(wèi)星的研制進(jìn)程都有可能因此被耽擱下來(lái)。但是出于對(duì)熱管技術(shù)的熟悉和深刻理解，邵興國(guó)頂住壓力，始終充滿(mǎn)自信，他和員工們針對(duì)新技術(shù)做了五次內(nèi)容各不相同的分析，光是分析報(bào)告就寫(xiě)了好幾大本。終于，在大量詳盡的階段分析報(bào)告的基礎(chǔ)上，新技術(shù)被采用了，而且事實(shí)證明邵興國(guó)的自信和堅(jiān)持取得了巨大的成功，目前整星的測(cè)試結(jié)果比邵興國(guó)他們當(dāng)初的分析數(shù)據(jù)還要好。
作為熱控主任設(shè)計(jì)師，邵興國(guó)的工作用他自己的話(huà)說(shuō)就是“在兩頭起作用”。由于嫦娥一號(hào)衛(wèi)星熱設(shè)計(jì)隊(duì)伍的人員構(gòu)成相對(duì)年輕，其中有工程經(jīng)驗(yàn)的人較少，于是邵興國(guó)必須在思想方案的提出和任務(wù)技術(shù)的把關(guān)上多做工作，對(duì)年輕人給予指導(dǎo)。當(dāng)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，他還要根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)和積累提出解決方案，為整個(gè)研究過(guò)程把握方向。從嫦娥一號(hào)衛(wèi)星熱控的初期規(guī)劃到提出設(shè)計(jì)方案再到最終實(shí)現(xiàn)設(shè)想，由于對(duì)整個(gè)過(guò)程和結(jié)果有比較強(qiáng)的預(yù)計(jì)，熱控設(shè)計(jì)幾乎沒(méi)走什么彎路，這讓邵興國(guó)感到十分自豪，他說(shuō)：“整個(gè)方案下來(lái)大家對(duì)熱控系統(tǒng)都比較滿(mǎn)意，從目前對(duì)于月球的理解而言，我們對(duì)所掌握的，所考慮到的問(wèn)題都有所回答，都有所設(shè)計(jì)、都有所驗(yàn)證，下一步就要看衛(wèi)星在天上的表現(xiàn)了。”
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