蝴蝶翅膀上的鳞片

自1957年苏联发射第一颗人造卫星以来 , 世界上很多国家相继自主研制和发射人造卫星 , 目前已将近万颗人造卫星送到太空 , 开创了空间文明的新时代 。 人造地球卫星也成为当代发射数量最多、用途最广的航天器 , 帮助人类在获取、传输和加工信息资源的广度及深度方面取得了质的飞跃 。 从地图导航到移动通信 , 从电视直播到天气预报 , 人造卫星的应用早已融入日常生活 , 为我们提供了许多便利 。
不过在人造卫星的研发早期 , 航天科学家们却因为一个绕不开的问题而伤透了脑筋:人造地球卫星在太空中遨游 , 它和太阳、地球的相对位置每时每刻都在发生变化 。 就拿一颗在距离地球300公里左右的轨道上运行的人造卫星来说 , 大约在65%至70%的时间内 , 它所处的轨道位置能够受到太阳光的强烈辐照 , 使得卫星的温度有可能上升到一二百摄氏度;在其余时间内 , 卫星将在地球的阴影区内运动 , 由于没有太阳光的辐射 , 卫星的温度有可能下降到零下一二百摄氏度 。 这样的温度骤变很容易破坏卫星上的精密仪器仪表 , 因此必须对卫星采取各种控温措施 。
如何有效而经济地对人造卫星进行控温呢?科学家从蝴蝶翅膀的结构上得到了启迪 。 生活在高山地区的一种蝴蝶 , 其翅膀表面覆盖着一层细小的鳞片 。 当阳光直射蝴蝶身体 , 气温升高时 , 这些鳞片就会自动张开 , 以减小阳光照射的角度 , 对阳光能量的吸收随之减少;当外界气温下降的时候 , 这些鳞片又会自动闭合 , 让阳光直射在鳞片上 , 使蝴蝶从中吸收更多的能量 。 这样 , 蝴蝶就可以在外界气温波动较大的情况下 , 仍然使自己的体温控制在正常的范围之内 , 可谓自带“空调系统”的小精灵 。
【蝴蝶翅膀上的鳞片】借鉴蝴蝶这一生物功能特性而设计的控温系统 , 外形很像百叶窗 。 叶片两个表面的辐射散热能力不同 , 一个很大 , 而另一个非常小 。 百叶窗的转动部位装有一种对温度非常敏感、热胀冷缩性能特别明显的金属丝 。 当卫星温度急剧升高的时候 , 金属丝迅速膨胀 , 使叶片立即张开 , 将辐射散热能力大的那个表面朝向太空 , 帮助卫星散热降低温度;当卫星温度突然下降的时候 , 金属丝会马上冷缩 , 并使叶片闭合 , 让辐射散热能力小的那个表面暴露在外 , 从而抑制卫星的散热 , 起到控温的作用 。 这也成为仿生学应用于高科技领域的成功案例之一 。
图为蝴蝶 。

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