卫星为什么能在零下270度的太空工作？航天器热控制系统的秘密

前几日，SpaceX成功完成一箭60星的发射，一级火箭成功回收，猎鹰9号火箭上面级将60颗星链（starlink）卫星部署到440km轨道上，它们将依靠自己的电推机动抬升到550公里53°倾角的轨道上运行5年时间，单颗重量仅为227千克， 本次发射60颗卫星在 SpaceX内部代号starlink block v0.9 , 是没有卫星间链路和Ka波段天线的原型卫星。

主要用于部署测试和在轨机动试验，每颗卫星都搭载有氪燃料霍尔电推，（不要被这个氪字迷惑了，你以为马斯克终于不抠门了？虽然马斯克是喜欢看二次元，但他玩 游戏 的话绝对是个低氪玩家。

虽然氪燃料名字高大上了起来，但这还是为了省钱，因为传统电推使用的氙燃料便宜多了，虽然氪燃料性能有所下降， 但单位立方米的高纯度氙气价格却是氪气体的18到20倍 ）

为了能让它们的仪器稳定工作在零下二百多摄氏度的外太空环境中，小小的星链卫星自己的体温调节系统一点也不简单，这次星链卫星block v0.9版本采用扁长方体外形，为了提高整流罩内空间利用率，未来星链卫星应该都采用这种方便堆叠的结构设计；

星链卫星由SpaceX与合作伙伴共同设计生产，SpaceX截至现在还没有公布该卫星平台的相关设计数据，但根据其结构和一贯的成本控制判断，其热控制应该为 二次表面镜涂层+热管网络+贴片电加热元件+多层绝缘隔热等技术；不过具体还有待其平台信息的公布；SpaceX计划在2021年前完成700颗星链卫星的发射。

在没有恒星光照时，太空温度约为 零下270摄氏度 ，也就是宇宙微波背景辐射的温度，感谢宇宙大爆炸，这是它留下的余温，而在近地轨道面临太阳光照时，金属将被太阳辐射加热到260摄氏度，如今一般取地球大气外太阳辐射度平均值为1367W/平方米，因为地球环日轨道为椭圆状，太阳辐照度在一年中也会不断变化。

低轨航天器还会受到地球反射太阳光和红外辐射影响。 国际空间站的向阳面表面温度会达到121摄氏度，而背阳面却低至-157摄氏度， 内部仪器工作时还会产生一定的热辐射，如何让精密仪器在太空中生存下去呢？航天器热控制系统应运而生，让各个系统都能工作在自己的合适温度环境中。

航天器上的仪器设备各有自己适合的工作温度，一般可充电电池工作在-5到20摄氏度，普通设备在-15到50摄氏度工作，CCD相机工作在-30到40摄氏度，太空天文望远镜和红外望远镜还有专门的低温需求，为了减少背景热噪声。

为了工作稳定，提高光学传感器精准度，比如光学传感器 原子钟 陀螺仪还有专门的恒温要求。

为了防止温差导致结构形变，使得光学结构产生巨大形变， 像哈勃望远镜和韦伯望远镜等大型光学航天器还有严格的仪器温度均匀性要求。 航天器的热控制系统的任务就是保证各个系统与设备都能工作在合适的温度范围，保证整个卫星平台温度的稳定性。其工作本质就是进行各种热交换，我们这儿来复习一下，热交换分为热传导，热对流，热辐射，前两者都很好理解，热辐射后面会经常提到， 热辐射指通过电磁波辐射向外发散热量，其发散速度取决于自身温度，温度越高，辐射越强发散越快。 不同航天器工作在不同轨道，如低轨卫星，同步轨道卫星，深空探测器等，热控制系统应需求也有很多差异。

发射前，在点火发射之前的地面段， 任务载荷温度环境受发射场当地气候影响，航天器热控制主要由地面塔架的空调系统负责。 发射中，即从点火到进入轨道前的上升段 ，火箭在大气内高速飞行，例如阿丽亚娜5型运载火箭，整流罩表面温度将超过700摄氏度，如果整流罩没有足够好的隔热设计，将直接影响任务载荷的内外温度。关于整流罩详见：火箭整流罩出了什么问题？为何中美俄下一代载人飞船将它抛弃？在整流罩打开脱离到进入轨道这段时间，航天器因为太阳能帆板还未展开，供电不足，热控制系统还未完全工作，这段时间的温度控制就要靠轨道设计姿态控制等措施了。

进入轨道后，航天器受到太阳的直接热辐射，还有地球的反射光，因为航天器姿态，表面各部分也有相当大的温度差异，且随轨道运行，温度还会不断变化。在真空环境中运行的航天器，除了载入航天器与特定需求的航天器之外，它们的舱体都是非密封的，对于非密封的航天器也就是大多数卫星来说，内部热交换为仪器结构间的热传导和热辐射，密封的航天器因为内部充气，不仅有热传导和热辐射，还有气体对流热交换。

航天器的热控制系统包括主动热控制与被动热控制。

当从外界吸收外热与内部仪器工作废热太多时，需要热控制系统通过辐射散热排放出去，当缺乏外部热辐射时，还要内部热源产热维持温度。

热量太多时，向外热辐射可以靠航天器表面的的热控涂层，大致分为电化学型，涂料型，二次表面镜，它们的热辐射性质各有差异，二次表面镜是一种复合表面，由透明的表面层和反射可见光的金属背层构成，这是任何航天器最基础的热控制组成部分。二次表面镜涂层背面镀铝或银，具有太阳吸收比很低，发射率高的特点，按照星链卫星网络上公布的照片，及设计指标考量，其热控涂层应该为薄膜型二次表面镜。

为了减少各个仪器的热量损失，隔离环境热流，航天器上大多部位都包裹由多层隔热材料，负责发动机，推进剂储箱管道，电池与其它设备的热隔离。

接触热阻也起到相同作用，也能起到保护内部设备耐原子氧侵蚀和微小陨石撞击，其特点就是导热系数极低。我们常常看见卫星 探测器上外面一层那种金灿灿银闪闪的薄膜就是多层隔热材料（MLI）薄膜了。

顾名思义这是一种多层结构，由反射层 间隔层 包覆层等构成，反射层使用有机薄膜 金属镀层或金属箔，有机薄膜一般为聚酰亚胺膜，与金属层结合起到抵抗辐射，被动热防护的作用。间隔层为网状织物，用什么金属反射层就看具体需求了，最外面的包覆层也是镀金属的聚酰亚胺膜，所以我们看到的航天器有时候外面穿了一身银色衣服，有时候就是金色的了。最后其反射率最终会达到97%甚至更高。

如韦伯望远镜的遮阳板，由5层多层隔热材料MLI薄膜构成，每张MLI反射层均为双面镀铝聚酰亚胺膜。

对于主动去挑战太阳日冕层高温的帕克号探测器来说，工程师们还为它专门设计了一面2.3米直径的大热盾，反射热辐射，再降低热传导。

这面大热盾表面为白色的氧化铝反射层，11.4cm厚的热盾本体由碳碳复合材料夹泡沫隔热材料制成，就由它去挑战太阳日冕层1300摄氏度的热情吧。

对于大容量通信卫星至关重要的热管热控技术对于星链卫星来说肯定不会缺席，其热功耗大，功率密度高需要热管网络系统解决热控问题，热管是一种封闭管体，内壁为数层网状结构成为毛细芯，中间为中空，蒸发汽体在中间流通，凝结液在网状结构间流动。

热管与仪器热源接触后，管壁网状结构中的凝结液蒸发，蒸汽回流，在热管另一端冷却后在凝结再进入网状结构中回流；完成整个热交换过程。实现了减少向阳面和背阳面的温差，充分利用仪器设备产生的废热，实现了各仪器之间的等温。

热管可以组成热管网络，完成航天器各处的热量传递到散热器上，比如下面介绍的百叶窗散热等。

安装在航天器外的百叶窗通过控制转动叶片来遮挡散热底板，来控制散热速率；百叶窗散热器组件由五个主要元件组成：底板，叶片，致动器，传感元件和运动结构组件构成。

向外进行热辐射来发散热量的就是底板了，与热管网络连接，也可直接使用平板散热器或者可展开的散热面板。

当依然太热，无法满足仪器设备工作温度要求时，则需要热电制冷了。热电制冷器件的工作原理基于帕尔帖效应，当电流通过不同金属的结合部时，使结合部冷却。很多航天器也会携带液氮等超低温液体通过环路热管和制冷元件结合完成制冷。

然而并不是所有航天器都需要太强的散热能力，比如远离太阳的深空探测器们，它们的环境更需要热控制系统给予各仪器热量，当然在轨道上运转周期进入背阳面的卫星也是需要的。加热器与恒温器一起使用，保证特定组件的精确温度控制。或者在仪器组件开机工作之前预热到其最低工作温度。 在航天器上使用的最常见的加热器是贴片加热器，其由夹在两片以上柔性电绝缘材料之间的电阻元件组成，通常为电热丝或其它电热元件。

非常薄，它们可放置进仪器内，也可包裹在一些管路上进行加热，贴片加热器可以同时包裹单个电路或多个电路，温度控制由计算机或者固态控制器负责。

还有两种加热方式分别为筒式加热和放射性同位素加热，对于深空探测器来说，到达木星之外后，太阳辐射已经非常低了，如果还依靠太阳能电池板是非常不现实的，太阳能电池板产生的功率大大降低，难以满足探测器仪器设备的用电需求。比如人类有史以来离太阳最近的帕克号探测器，整个探测器总功率也就343瓦，大家在家里随便组个台式机功耗都比它高，电加热器显然不能满足深空探测器的需求，这时候我们来放眼核能领域吧，既放射性同位素加热单元。

它们可以在需要的地方提供热量，而且不消化一点宝贵的电力。在每个同位素加热单元依靠放射性材料衰变以提供热量，最常用的材料是钚-238。

NASA用于深空探测器的单个加热单元重量仅为42克，可安装在直径26毫米，长32毫米的圆柱形外壳中。热量产生率随时间降低。

细分到各个仪器组件还有专门的热设计，满足各自独特的恒温 低温 均匀性等等要求。每个卫星根据其任务规划都有其专门的热控制系统设计,小小的227千克的starlink卫星要在太空长期稳定工作，提供高速互联网服务，其热控制技术也容不得一点马虎。未来应太空领域的不断开拓 探索 ，热控制技术也会顺应需求不断进步。

其实还是蛮重要的，。笔记本散热铜管：将管内抽到的负压后，充以适量的工作液体，使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后加以密封。管的一端为蒸发端，即加热端，另一端为冷凝端，即冷却端，根据需要可以在两端中间布置绝热端。当热管的一端受热时，毛细芯中的液体蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向另一端放出热量凝结成液体，液体再沿多孔材料依靠毛细力的作用流回蒸发端。如此循环不已，热量由热管的一端传至另一端。

所以散热也是很重的，如果散热不行，会出现死机、蓝屏等其他的方面的问题。

近代对物态分类更深入到物质内部结构。从物质内部结构去分析，物态和物态变化的种类很多。并且，随着科学技术的进步，人们对物质世界的认识会继续深入，更多的物态会被人们发现和认识。

20世纪以来，人们陆续发现或提出的新的物质状态形式有：等离子态、超固态、液晶液、超导态、超流态、中子态、黑洞等。有时同一物质在某种温度和压力下，几种不同的物态同时存在。例如，水处于密闭的容器中，下面是水，上面是水蒸气，就是液态和气态共存的情形。其他还有固、气两态共存，固、液两态共存，或固、液、气三态共存的情形。

一般来说，任何一种物质，在温度、压强等发生变化时，都会呈现不同的物态。研究物态变化对于深入了解物质的结构及性质，对于研制新材料及新物质，都具有很大的现实意义。

（2）依据教材安排，本板块应重点突出等离子态和液晶态。关于液晶态、液晶显示器的基本原理以及液晶显示技术的应用，教科书已有两段介绍。建议教学中补充介绍等离子态、等离子体以及等离子体在工业、农业、军事上的广泛应用。

事实上，等离子体在宇宙中广泛存在。闪电、极光等是地球上的天然等离子体产生的发光现象。在地球之外，如围绕地球的电离层、太阳和其他恒星、太阳风、很多星际物质，都是等离子体。它是宇宙间物质存在的主要形式。用人工方式也可以产生等离子体，如霓虹灯放电、原子核聚变、用紫外线和X射线照射气体，都可以产生等离子体。

利用等离子弧可以进行切割、焊接、喷涂，可以制造多种新颖的光源和显示器。等离子体显示器是继阴极射线管显示器，液晶显示器之后的新一代显示器，它的最大特点是厚度小，显示面积大，用这种显示器制造电视机，可以象画一样挂在墙上。用等离子体技术处理高分子材料，包括塑料和纺织物，既能改变材料的表面性质，又能保留原材料的优异性能，而且无污染。在军事上利用等离子体规避探测系统，用于飞机等武器装备的隐形等。

以上知识内容，有必要向学生简单介绍。对人类认识物态的历程回顾，不仅可以使学生开阔眼界，增长见识，而且富含过程与方法、情感、态度与价值观多种教育功能。希望教师在占有大量信息资源的基础上，认真组织，深入浅出、通俗易懂地向学生展示魅力无尽的探究历程（课件、图片、录像等教学手段往往是必须的）。

2. 物态变化改变着世界

本章章首指出：我们生活在物态变化的世界里。人类对物态变化的认识是从水开始的。本章前三节的主要内容大多也是围绕水的三态及其变化展开的。现在，作为本章的最后一节，教师有必要将物态和物态变化的视界拓展到更广泛的领域，展示人类认识物态变化、利用物态变化规律的辉煌历史。

（1）让学生认识物态变化的历史首先可以介绍材料的发现和利用历史——从青铜器到太空晶体。

教科书为此示例性地展示了青铜器、太空晶体。教学中应组织学生利用身边实例展示作为人类文明的象征的材料的“发现”和利用。

例如：

·高压锅上的易熔片（可配以实物和投影展示）。

· 家用电冰箱、空调器中的致冷物质从R－12（氟利昂、二氟二氯甲烷，CF2Cl2）到R134a。

·保护卫星或火箭的整流罩内部的隔热层和外表面涂层。

·从铅锌电池、镍电池、锂电池到硅光电池、氢电池、燃料电池。

·从石器、铜器、铁器到各种特种异型钢材、记忆合金、纳米材料。

·人工增雨用到的固态二氧化碳（干冰）或液态氮、碘化银，家庭厨房中的液化石油气、天然气或燃气，医院里的液态氧，用于运载火箭的燃料液态氧和助燃剂液态氢……

（2）物态变化规律的利用——从蒸汽机到热管。

教科书集中讨论了两个典型例子，蒸汽机和热管。教学中当然不宜涉及技术应用细节，但教师对之应有更多的领悟和感受，以便灵活应用于教学设计。

水沸腾变成蒸汽不仅能提供动力（含蒸汽机和蒸汽轮机），还为城市的集中供热提供了优越的方式。蒸汽机曾经引发第一次工业革命，蒸汽轮机、燃气轮机至今仍广泛应用于现代社会。

热管在航天技术中的神奇妙用，得赖于它的特殊结构，但其核心的部分应是它对物态变化规律的运用。此外，热管还用于核电站、大型电机和电子系统的散热冷却。值得提及的是，未来全长1142km的青藏铁路建设中，将迎对550km终年冻结的冻土区，为了达到稳定地基的目的，建设者们将广泛采用通风管路基、热桩（热管）、碎块石调温路基等冻土工程技术，这些都是物态变化规律的广泛应用。

其实热管的应用远不止于此。热管也并不神秘，学生完全可以自制热管、热桩。本部分应将热管作为教学的载体，重点组织学生参与。

教师应在示范的基础上，引导学生设计自己的热管，使学生体验探究的乐趣、艰辛和成功的愉悦。教科书给出的设计题目是用热管设计太阳能热水器、教学中也可改为大型冷藏库设计热桩；为输油管道、工业和民用建筑、水坝设计热桩；甚至可以设计大热管，高效地提取地球内部的地热，直接用于发电或采暖……

（3）利用物态变化创造现代生活

本段内容在逻辑上与“材料的发现和利用”、“物态变化规律的利用”是一脉相承的。人类发现、研究、利用物态和物态变化，正是为了创造现代生活。建议将本段内容融于前两部分教学活动中，使之浑然一体，使学生真切体会到：物态变化就在我们身边，物态变化规律的应用改善着人类的生活、医疗、文化、物态变化规律的应用促进着社会的进步和人类文明的发展，进而形成科学的发展观。

3.来自极地的报告

本段以考察报告的形式，警示人类活动对生态环境造成的破坏。教学中，可借助多种教学手段和多种教学资源（含本地资源）帮助学生解读科学技术是双刃剑这一事实，意识到人类必须用科学的态度审视自己的行为，必须依靠科学技术解决人类面临的危机。

可供教学中选择的素材很多，包括：

①水资源危机与节约用水。

介绍世界及我国缺水及水污染的现状，提出合理利用和保护水资源的严肃的社会问题，帮助学生养成节约用水的习惯，增强防止污染、保护环境的意识，鼓励学生投身到合理利用和保护水资源的科学活动中去。

·水污染及水污染的主要原因（有毒物质、污水、石油、热污染、放射性物质等）。

·“水污染防治法”和“水法”。

·“南极科学考察”、“冰川”、“赤潮”等科教片或电视片。

·节约用水徽标：水是生命之源，珍惜每一滴水，是公民的义

务和责任。

·淡水资源和全世界淡水储量。

②《人类环境宣言》与可持续发展

人类面临日趋严重的环境问题：人口问题、温室效应、热岛效应、厄尔尼诺现象、臭氧层被破坏、土地荒漠化、酸雨现象、森林的破坏、物种的消失、垃圾泛滥等，必须将可持续发展推向行动。

·《联合国人类环境会议宣言》和《21世纪议程》

·国际保护臭氧层日（每年的9月16日）

·中国《环境保护法》、《中国21世纪议程》

教学中建议围绕以下主题组织学生活动：

①依据对当地水资源（含地下水）状况和利用情况的事先调查，对水资源污染和滥用提出自己的见解，对水资源利用提出合理化建议。题目可以是：从近日水价上涨3倍说起……

②列举家庭生活中用水途径，举出所有可能的节水方法。

本板块的教学主要目的在于给予学生自行收集相关资料、自主探究的起点，因为涉及的知识内容比较广，如果试图对每一个主题都进行展开是不切实际的，教学成本也过于高昂。教师可以选择性地向学生介绍以上的一些知识素材，激发学生开展自主探究的热情。介绍过程中教师应该注重这些自然现象或环境问题与物态变化规律之间的联系，使得学生进一步认识到人类在利用物态变化规律促进生产，提高生活质量的同时，也破坏了自然界原本在物态变化规律下形成的和谐，从而增强危机感，提高环保意识与法律意识。

四、发展空间

（一）“自我评价”参考答案

2.玻璃管耐受压强（压力）的限度是一定的，酒精被加热到某一确定温度，它施于玻璃管的压强（压力）刚好达到这一限度，因而玻璃管就会爆炸。

（二）“家庭实验室”指导

1.根据水的沸点与压强的关系（P）,可见设计真空洗衣机，使水在常温下沸腾，产生大量气泡，而不需要洗衣粉（含磷洗衣粉也是造成环境污染的因素），在原理上是可行的。用一次性注射器，也可以制造“真空”，产生气泡。

（三）“物理在线”指导

可以举办专题讲座，可以指导学生通过因特网或到图书馆了解有关材料科学的历史和知识，理解“材料科学是人类进步的基石”这一论断的含义。

（四）“走向社会”指导

教科书安排的题目是：厨房里的物态和物态变化。这是一个实用的题目，借此，既可以观察了解材料和物态的有关知识，又可以经历物态变化过程，还可以通过调查家长，了解厨房里的炊具、灶具以及做饭、烧菜等方式的变革，感知科学、技术、社会的关系。

教学中亦可依据需要和当地环境条件可能，安排其他学生实践活动。

（二）参考资料

1.软物质

发明“软物质”一词以代替美国人所称呼的“复杂流体”，推动这门跨物理、化学和生物学三大学科的交叉学科发展，并使凝聚态物理学向新世纪转型的第一人，就是1991年诺贝尔物理奖得主--热纳（Pierre-Gilles de Gennes）。

热纳1932年生于巴黎，1957年获博士学位。最初，他的研究兴趣也是集中在硬物质方面。1968年起，他转而研究软物质，开始了液晶、聚合物物理、浸润动力学、附着机制的化学物理研究，并成为这些领域的开创者。

与固体相比，这类物质缺少硬的结构，所以称之为软物质。但是，“软”并不是这类物质的主要特征。热纳对液晶与高分子聚合物以及胶体的研究显示，这些软物质因微弱的外力作用而改变状态的现象，与固体金属的超导相变极为相似。这使他渐渐对相变、序参数等概念有深刻的认识，证明了自然界从简单系统（如超导体）到复杂系统（如液晶、聚合物）都存在统一的相变规律。

二十一世纪被认为是生命科学的世纪，从物质划代角度来看，这也是软物质的世纪。如果没有软物质，生命也不复存在。任何生物结构（包括DNA、蛋白质和生物膜）都是建筑在软物质的基础上。

热纳在《固、特、异的软物质》一书中以橡胶为例，给软物质下了六个很深刻的定义。他指出，2500年前，亚马逊河流域的印第安土著就懂得用橡胶汁涂在脚上做靴子，但这种靴子只能穿一天--由于空气氧化，纯天然的橡胶很快就破碎了。直到1839年，美国人固特异发明了橡胶硫化处理技术，才使橡胶成为坚固耐用的材料。橡胶也就成了第一个实现工业化生产的聚合物。空气中的氧使橡胶长链分子断裂，而与氧同族的硫元素仅仅比氧的化学活性略差一点，却使长链分子结合得更好，这就是软物质的奇异特性：弱力引起强变化。

热纳进一步指出，天然橡胶的每200个碳原子中，只有1个原子与硫发生反应。尽管化学作用如此微弱，却足以使物质的物理性质发生从液态到固态的巨大变化，胶汁变成橡胶。这证明了有些物质会因微弱的作用而改变状态，就如雕塑家以拇指轻压就能改变粘土的外形使之成为一件高贵的艺术品一样。这也正是软物质的基本定义。

千百年来，人们就知道。一点骨胶可以让墨汁维持多年的稳定，一点卤汁可以使豆浆变成豆腐。日常生活中，几滴洗洁精会产生一大堆泡沫，一颗钮扣电池可以驱动液晶手表工作几年……这些例子都展现了软物质的神奇本质：只要提供相对微弱的作用力，它们就可以发生改变--从形状到性质的改变。生物系统的神奇之处也体现在这里：人们的肉眼能够感受到几千光年之遥的星系发出的光；一条嗅觉灵敏的狗，可以根据脚印中残留的气味跟踪某个人，并且在闹市中把这个人的踪迹跟其他人区别开来。生物系统展示着软物质的本质。

（摘自欧阳钟灿《软物质》）

2.高压锅

世界上第一只高压锅是1681年由法国的丹尼斯·帕平（ ）发明的。高压锅的工作原理是利用了水的沸点随着压强的增大而升高的规律，提高烹饪过程中水的温度，达到特殊的烹饪效果。目前广泛使用的高压锅基本结构如图5-4-2，主要由锅体、锅盖和安全阀组成。高压锅锅体与其他种类的锅并无差异；锅盖则可以与锅体扣在一起，并采用橡皮密封圈保持锅内封闭；安全阀是高压锅正常工作的关键器件，它的质量较大且经过精确计算，置于锅盖上方的出气口上。在烹饪过程中，给锅体持续加热，由于锅体密封，锅内气体压强逐渐增大，使得锅内水的沸点比常压时要高；当温度升至一定值时，锅内水沸腾；同时，持续上升的锅内气体压强产生了足够把安全阀推起的力，阀门被抬起，锅内的水汽得以排出。此时锅内水温已高于外界环境中的水的沸点，在这样的高温下产生的烹饪效果与常压下大有不同。一般设计民用高压锅的安全阀开启压强值约为2个大气压，沸腾温度约120℃左右

今天，我国的许多家庭都用上了高压锅，用这种锅做饭熟得快，很省时间。

（资料来源：莫永超）

3.热管

1963年，热管诞生于美国Los Alamos国家实验室的G.M.Grover之手，它巧妙地利用了气液变化过程中的吸放热原理，具备了超过任何已知金属的导热能力。

热管技术的原理比较简单，主要是利用工作流体的蒸发与冷凝来传递热量（热管工作流体涵盖从低温应用的氦、氮，到高温应用的钠、钾等液态金属；较为常见的热管工作流体则有氨、水、丙酬及甲醇等）。热管一般是由管壳、吸液芯和端盖三个部分组成。将管内抽至较高的真空度后充以适量的工作流体，使得紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后加以密封。热管有两端，分别为蒸发端（加热端）和冷凝端（散热端），两端之间可根据需要采取绝热措施。当热管的一端受热时（即两端出现温差时），毛细芯中的液体蒸发汽化，蒸汽在压差之下流向另一端放出热量并凝结成液体，液体再沿多孔材料依靠毛细作用流回蒸发端。如此循环不已，热量得以沿热管迅速传递。由于蒸发——冷凝的传热过程中，管内工作流体处于饱和状态，因此热管几乎是在等温下传递热量。

热管具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可随意改变，可远距离传热、可控制温度等优点，因此自诞生之日起即应用于宇航、军工等行业，而今在冶金、化工、交通、机械以及电子技术等行业都有了广泛应用。距离我们最近的对于热管技术的应用是日渐风行的PC机中的热管散热器，目前已有商家将之应用于CPU、GPU以及笔记本电脑的散热系统中。相比于传统金属散热器，热管散热器具备低噪声、高效能的技术优势，实现了“绿色”散热。

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