揭秘｜如何实现嫦娥六号的能源保障？

作为目前中国航天史上最复杂的任务之一，嫦娥六号完成了国际上首次在月球背面“挖土”并带回地球。其中，嫦娥六号轨道器热控系统由中国航天科技集团八院（又称上海航天技术研究院）509所负责研制，轨道器、着陆器及上升器电源产品由811所负责研制。嫦娥六号的能源保障有啥特点？科研人员又是如何为嫦娥六号打造温暖如春的奔月之路的？

嫦娥六号 本文图片均由中国航天科技集团提供

高温刹车防烧伤

面对地月转移、环月轨道、取样返回等嫦娥六号不同飞行阶段的极端温度环境与超远距离热控制难题，八院509所研制团队克服重重困难，在热控重量“瘦身”的同时，开创性采用错峰补偿的智能控温策略和二次热防护复合系统，呵护轨道器平安顺利地往返。

嫦娥六号

从地球出发时，嫦娥六号奔月速度约11km/s，当来到月球近月点时，必须及时地将速度下调到约2km/s，才能被月球引力捕捉。如果太空刹车力度不够，速度没有降下来，探测器将滑入外太空；如果太空刹车过猛，则可能与月球碰撞。为了踩好这一脚“太空刹车”，嫦娥六号轨道器配备了1台3000牛推力的轨道控制发动机，以进行引力捕获时的制动减速控制。然而，在这样的地月转移过程中，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”。

通过反复迭代仿真和试验，研制团队开创性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，将发动机1300℃高温辐射影响降低到常温状态，另一方面根据不同设备的温度需求个性化定制，进行二次热防护，让重要载荷单机远离高温的“烘烤”，为嫦娥六号轨道器打造舒适的“旅行”体验。

智能控温更“省油”

在嫦娥六号着陆器忙着在月球背面“挖土”时，轨道器一直处于环月飞行和等候“取件”状态，需要经历极为恶劣的热环境：受阳光照射时急剧升温，加之内部电子设备工作产生的大量热量，轨道器温度将升至120℃以上；进入月影时温度则骤然下降，极端状态下轨道器温度将降至-170℃以下。面对“阴”和“阳”的两极反转以及内部设备的“作息”切换，轨道器需要设计充足的散热面以满足“阳面”高温散热需求，遇到“阴面”低温时则需要开足“电热毯”来保温。

为及时做好“阴阳”的“作息”切换，八院团队探索出一套错峰补偿的控温策略，通过对509所研制的在轨卫星海量运行数据的挖掘，总结出热控涂层等材料参数的空间影响因素和性能变化规律，建立了准确的温度场在轨预测模型，针对每台设备的在轨温度特性“对症下药”，将整器热控做到了温控指标最优化、自主管理智能化、能源节省最大化，为任务成功提供有力支撑。

嫦娥六号

多措并举减体重

嫦娥六号为四器（轨道器、返回器、着陆器、上升器）组合体设计，肩负着全球首次月背“挖土”的重任，一次性需完成“绕、落、回”三个目标，对重量的要求更是苛刻。

为解决嫦娥六号在飞行过程中能源紧张、重量资源受限的问题，八院811所电源研制团队从太阳电池电路、锂离子蓄电池、电源控制器三个方面入手，将减重发挥到了极致。相比仅执行“落月”、没有“挖土”任务的“嫦娥家族”其他成员，电源控制器减重50%，锂离子蓄电池减重33.5%，太阳电池电路减重15%到20%，成功做到了“身轻如‘娥’”。

嫦娥六号此次探月之旅历经11个阶段，被称为我国航天史上“最复杂的任务”之一。为了做好11个阶段的能源平衡，811所研制人员制定出了不同的应对措施，确保太阳电池翼发电正常，让嫦娥六号“闯关”道路上始终 “能量满满”。

而在轨道器返回器组合体与上升器无人交会对接后，轨道器这位太空“快递员”需要及时将月壤样本安全无虞地送回地球。在取样返回阶段，为克服月球引力飞回地球，嫦娥六号轨道器必须轻装上阵、节约能源，每多一克的重量，留给月球土壤样本的空间就会相应压缩，“减重”成了设计师面前的一只“拦路虎”。

为此，八院热控研制团队大胆创新，将散热涂层厚度减薄30%，设计出更轻、更薄的柔性散热面替代常规舱板，大幅减轻热控分系统重量。团队还研发了微结构热管，在减轻重量的同时，使传热能力增幅达130%，并创新采用差异化热防护措施。通过多种减重手段，热控重量从占整器3%减少到1.3%，成功让轨道器“瘦身减重”。