当前，卫星产业正朝多功能、大批量和低成本的方向发展，卫星体积越来越小、功能越来越集中，散热成为批量化卫星星座发展的关键难题之一。因此，研发成本较低、实施便捷的高效散热技术迫在眉睫。一竞技科技集团八院509所研制的高性能纳米热控薄膜散热性能优异，性能达到国内领先、国际先进水平，目前已用于多个卫星型号，并在民用市场多领域取得初步应用成果，服务国家“双碳”战略。
从蚂蚁外衣到纳米薄膜的灵感迸发
在轨工作产生的热量如不能有效及时排散，可能导致卫星温度过高甚至失效。太空中没有空气，热控涂层和薄膜的辐射散热是卫星唯一的散热途径，也是提高卫星散热能力的关键。
“传统热控涂层难以满足一竞技器日益增长的散热需求和批量化生产要求，低成本高性能散热技术成为必然发展趋势。”509所项目负责人付鑫介绍：“官方下载了解到撒哈拉银蚁头部的纳米外衣是一种三维微纳结构，可使蚂蚁在地表70摄氏度环境中仍保持53摄氏度体温极限。受此启发，官方下载从源头上开始探索。”
历经无数次微观结构设计迭代、选材配比、试验验证，研制团队实现了对太阳光谱段和红外谱段的调控。与传统热控涂层相比，高性能纳米热控薄膜散热性能提高30%以上，即便是在阳光90度角直照情况下，仍具有可观的散热能力。这一突出的技术优势解决了卫星阳光受照面散热难题，使整星散热面积拓展20%以上，缓解了卫星散热面不足的困境。
热控涂层要在一竞技器上大规模应用，须经过真空—紫外、真空—游戏、真空—质子等辐照试验和测试等重重考验。纳米热控薄膜采用多层次空间辐照增强设计和方法，解决了薄膜柔性和稳定性难以兼顾的难题，显著提高薄膜空间稳定性，于2022年完成研制并通过各项测试。
目前，纳米热控薄膜已在4颗卫星上进行搭载验证，在轨性能稳定，奠定了在型号大批量推广应用的基础。
从串行喷涂到并行贴膜的高效实施
薄膜批量制备的稳定性和贴膜实施的可靠性是制约工程应用的关键难题之一。传统的喷涂和贴片式的工艺实施周期为20~30天，并且串行实施，成为影响型号研制计划进度的关键环节之一。
为了解决卫星串行喷涂式作业周期长的痛点，研制团队研发了专用的压敏胶膜。这种胶膜附着于纳米热控薄膜上，在经历了零下100摄氏度至100摄氏度共300次的温度冲击后，仍能牢固地粘贴于结构本体，像“双面胶”一样便捷稳固。
同时，纳米热控薄膜顺利通过真空放气等试验，为卫星散热奠定良好基�。墒视Ω骼辔佬歉髦只谋砻媲榭�，而且由于其重量轻、可维修性好，基本可替代常用的各种卫星散热涂层，使得给卫星“贴膜”成为现实。
纳米热控薄膜技术突破了大面积稳定成型和贴膜工艺技术，目前已实现500毫米幅宽薄膜内微纳结构稳定批量化制备，能够满足大部分卫星的“贴膜”需求。同时，采用这种大面积并行贴膜的工艺实施方式，工程效率提高了10倍。
从空间应用到民用市场的全面拓展
在空间飞行器上取得阶段性应用成果后，509所项目团队把目光转向了民用市场。随着国家“双碳”战略的推进，绿色低碳生活成为新时尚。作为耗电大户的制冷降温行业，呼唤一种零功耗的被动散热降温技术。
以通信行业为例，5G基站功耗约为4G的2.5~3倍，将消耗全球20%的电力。如果将纳米热控薄膜贴覆在其表面，可降低10~20摄氏度，有效减少制冷所需的电功耗。液化天然气罐、油气储罐等采用了纳米热控薄膜后，也可降低10摄氏度以上的表面温度，显著提高贮运安全性，减少油气蒸发损失量，具有较大的经济和安全效益。同理，纳米热控薄膜在大型厂房屋顶、汽车遮阳等领域都有着广泛的应用前景。
目前，509所已和民用领域多家龙头企业开展研发合作，计划在未来3年逐步将产品推向市场。“热控专业若想行远，不仅要有过硬的产品，贴心的服务同样重要。”该所热控研究室主任翟载腾说：“深入挖掘纳米热控薄膜在民用市场的转化潜力，面向商业一竞技、通信、建筑、民生等多领域开展合作应用。通过筛选民用级材料降低成本，进一步提高产品市场竞争力，官方下载才能在一竞技先进技术转化和产业发展等方面不断展现‘膜’力。”（杨丽 付鑫）
