特殊材料可以被动控制太空栖息地的内部温度

太空中不同区域的温度差异很大，这取决于它们是否直接受到阳光照射。例如，月球上的温度在月球“白天”(持续两周)内可达121°C，而在夜晚则降至-133°C，温度变化幅度达250°C。

在这些环境中，要稳定居住舱内的温度，需要以地球上前所未有的规模进行加热和冷却。但如果有办法缓解这些温度波动带来的负担呢?马德里理工大学研究人员在《热学》杂志上发表的一篇论文指出，相变材料(PCM)可能是答案。

PCM已为人所知有一段时间了，目前已应用于多个行业，包括电池、太阳能发电厂、热泵，甚至航天器。也许最有趣的是，它们已用于地球上建筑物内部的冷却和加热。

它们通过吸收一段时间(无论是一天还是一个季节)较热部分的热量，并在之后较冷的部分散发热量来实现这一点。它们就像一个巨大的热“散热器”，使加热或冷却所需的时间更长，并为周围的任何物体提供隔热。

另一种思考方式是通过热惯性的概念。当一个物体(如建筑物)在阳光下时，它会直接受到太阳光线的影响，从而导致其升温。或者，如果它不再在阳光下但仍含有大量热能，它将开始散发部分热量。在真空中，辐射能量通过红外光传输，就像太空一样。

PCM具有如此大的热惯性，因为它们在相态之间变化时会吸收或释放大量能量，例如在固体和液体之间或液体和气体之间。例如，本文描述了使用正十八烷作为正在考虑的PCM之一。它在28°C左右切换状态，略高于室温。这使得它非常适合将房间保持在大约这个温度。

改变用PCM建造的物体的温度要复杂得多，而这一挑战可以使调节太空栖息地内的温度变得更容易。研究人员模拟了如果在太空栖息地的墙壁内建造PCM会发生什么情况，他们发现将栖息地保持在人类舒适的温度范围内所需的加热和冷却显著减少。

计算中还考虑了其​​他因素，例如墙体外表面的反射率和太阳所经历的太阳周期部分。然而，作者发现，在最佳条件下，设计师可以完全被动地仅使用PCM来加热和冷却太空栖息地。

正如弗雷泽与安妮卡·罗洛克博士所讨论的，热控制是自给自足太空栖息地的一个方面。

这是一项相当了不起的壮举，尽管在实践中不太可能出现最佳条件。尽管如此，这些材料可能带来的任何节能效果都将受到欢迎，因为栖息地在启动时可能会面临能源短缺。然而，关于如何建造这些栖息地，存在许多不同的想法，包括使用月球上的风化层。

目前还不清楚将PCM放入洞穴墙壁或其他使用当地材料的结构是否可行。以目前的价格，发射大量用于热控制大型人类栖息地所需的PCM的成本可能也高得令人望而却步。

然而，材料在不断改进，在这种背景下使用这些材料有明显的优势。虽然它们可能不会被纳入人类在太空建造的一些早期栖息地，但它们无疑会在未来得到使用，而这篇论文就是朝着这个目标迈出的一步。

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