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着上组合体 嫦娥五号月面作业什么最难？采样是其次，这道难题当年阿波罗无解( 二 )


着上组合体 嫦娥五号月面作业什么最难？采样是其次，这道难题当年阿波罗无解
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阿波罗登月舱
历史已成往事，数风流还看今朝。月球环境长期生存的杰出代表还得是我国探月工程的嫦娥三号与嫦娥四号，嫦娥三号着陆器创造了人类有史以来最长月面工作时长纪录，2013年12月14日部署月面至今已有将近7年时间，部分科学载荷仍处于工作状态。嫦娥四号巡视器则是人类在月面行走作业时间最长的月球车，它们都经受住了月昼正午极高温与月夜极低温的恶劣环境考验。
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嫦娥三号着陆器是工作时间最长月球探测器
嫦娥三号与四号部署的两辆月球车在月昼正午期间虽然需要待机休眠，但它们的着陆器却能在月昼正午期间以低功耗方式持续作业，热耗约130W。然而嫦娥五号着上组合体的设计要求比嫦娥三号/四号着陆器更为严苛，因为前者需要在月昼正午期间满功率运行，热耗约500W，是嫦娥三号/四号的3.8倍有余。
嫦娥五号能否成功实施月面作业任务的关键就在于温度控制，嫦娥三号/四号着陆器顶部有朝天布置的两片辐射散热面，能够有效疏导月昼正午期间的热功耗，嫦娥五号却难以继承这种方案，因为着陆器顶部还背负有上升器，这就对温控设计造成了极大的制约。
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嫦娥四号辐射散热面
为此科研团队经过多方调研与设计试验，摸索出了一套全新的温控方案，即单相流体回路+固定辐射器+水升华器的一体式热管理。
单相流体回路通过管线连接各热耗载荷，管线中有用于降温控温的特制流体工质，它可以在探测器地月转移飞行、环月飞行等小功耗阶段发挥关键作用，登陆月面进入月昼正午后布置于上升器顶部的固定辐射器（散热面）与着陆器上的辅助固定辐射器就成了主要的散热通道，同时辅以水升华器（利用升华原理排导废热的温控装置）通过单相流体回路管线进行联合温控。
着上组合体 嫦娥五号月面作业什么最难？采样是其次，这道难题当年阿波罗无解
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嫦娥五号着上组合体热真空测试
仅凭上述温控系统仍不足以直接担纲嫦娥五号着上组合体的月面温控任务，很多人对探测器外表面金灿灿的薄膜物质很好奇，有人开玩笑说这是嫦娥五号的包装纸……实际上呢，这是一种柔性薄膜热控涂层，它既能抵御宇宙空间中的超低温，也能隔离上百摄氏度的高温炙烤，具体作用是，当外界存在低温环境时内部热量减少耗散，当外界存在高温环境时减少热量的输入。
嫦娥五号着上组合体的每一个部件都有针对性的隔热设计，例如，着陆器7500N变推力发动机点火时会产生1200摄氏度高温，而紧邻发动机布置的载荷难以抵御150摄氏度以上的高温，为此发动机被套上了一种特制的隔热外衣，这是一种多层高温低热导率隔热材料，可以将发动机点火时的外围温度控制在100摄氏度以内。
着上组合体 嫦娥五号月面作业什么最难？采样是其次，这道难题当年阿波罗无解
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深埋舱体内的7500N变推发动机（嫦娥三号）
除此之外，置于月面环境中的着陆支撑腿、相机、机械臂、展开机构等等，每一个部件都需要隔热手段加持，它们主要通过应用热控涂层、高温隔热屏、柔性薄膜热控涂层等隔热产品实现月面作业的温控。
通过单相流体回路+固定辐射器+水升华器的一体式热管理系统，以及一系列隔热产品的应用，着上组合体月午作业期间内部温度可以控制在45度以内，而这对于有效载荷而言已经是非常舒适的温度。
如此一来着上组合体就可以大胆地在月昼正午期间以最大功率状态执行月面采样任务，而解决这一难题对未来航天员常驻月面开展工作也是非常有益的尝试。
着上组合体 嫦娥五号月面作业什么最难？采样是其次，这道难题当年阿波罗无解
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嫦娥五号环拍月午光照下的着陆区
嫦娥五号着上组合体有着非常明确的月壤采集任务要求，这一点不同于嫦娥三号、四号的长期月面工作要求，因此任务时间有很大差异，基于交会对接时间窗口与月壤采集任务量等多种因素考虑，嫦娥五号着上组合体只有48小时月面工作时间，因此各项工作必须高效有序地展开。
第一步是展开着陆器太阳翼，确认探测器各载荷状态是否正常，然后是三大科学载荷开机，分别是全景相机、矿物光谱分析仪、月壤结构探测仪。
三大科学载荷具有双重任务定位，既能服务科学探测目的，也能直接支持月面采样工作。

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