你知道不，生活中常見(jiàn)的金屬鐵在六七百攝氏度時(shí)就會(huì)變得“軟塌塌”，即使鈦合金在超過(guò)1000℃的環(huán)境下，力學(xué)性能也會(huì)很快下降。然而中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院（以下簡(jiǎn)稱“火箭院”）研制的航天防熱材料，最高竟然可以耐近4000℃的高溫！今天，我們就邀請(qǐng)火箭院航天材料及工藝研究所的防熱材料專家姜炳揚(yáng)博士，為大家介紹下火箭院的“防熱材料家族”。

    防熱材料，一般用于制作航天器表面的保護(hù)層，可以通過(guò)燒蝕、隔熱等手段，防止高溫“燒壞”其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，是航天器的“保護(hù)者”。為了方便大家理解，根據(jù)防熱機(jī)理的不同，姜博士大致簡(jiǎn)單地將防熱材料劃分為3類：

    第一類：低溫隔熱材料

    這種材料的代表有聚氨酯泡沫等，它主要用于低溫隔熱。如裝著低溫燃料的火箭貯箱，其外表面就會(huì)噴涂一層聚氨酯泡沫。聚氨酯泡沫的密度、強(qiáng)度都很低，作用就是使貯箱保持在一個(gè)適宜的溫度，不讓外面的“熱”進(jìn)來(lái)，也不讓里面的“冷”散出去。

    第二類：可重復(fù)使用的防熱材料

    這種材料一般通過(guò)“輻射散熱”效應(yīng)、內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)等起到防熱效果，阻止熱量向內(nèi)部傳遞。典型代表如陶瓷基“防熱瓦”，可承受溫度達(dá)1500℃左右；還有一種新型材料，不但可以承受1200℃左右的高溫，還具有更輕的密度和更好的隔熱效果，它就是航天材料及工藝研究所研制的納米防熱材料。它可以大幅減輕防熱層的重量，滿足飛機(jī)黑匣子等特殊領(lǐng)域的防熱需求。

    第三類：燒蝕防熱材料

    這種材料具有“犧牲自己、保護(hù)別人”的大無(wú)畏精神。它通過(guò)分解、氣化、升華等物理、化學(xué)變化，帶走熱量，起到防熱效果。這類材料是飛行器實(shí)現(xiàn)再入大氣層的關(guān)鍵，即使碰到三四千攝氏度的高溫也能完成防熱使命。

    在具體應(yīng)用的過(guò)程中，由于航天器不同部位的防熱要求不同，一型航天器經(jīng)常會(huì)用到多種防熱材料，有時(shí)各種防熱材料還會(huì)組合使用。像我們熟悉的神舟飛船返回艙，我們所就為它量身定制了防熱材料的組合方案。返回艙返回地球時(shí)經(jīng)歷的最高溫度是1500℃~2000℃，它的外表面是低密度燒蝕防熱材料，而在舷窗、大底等熱流集中的部位采用了更耐燒蝕的中密度玻璃鋼燒蝕材料，組合方案保證航天員所處的環(huán)境溫度不超過(guò)30℃。

△神舟飛船返回艙穿過(guò)大氣層效果圖

△探月試驗(yàn)返回艙實(shí)物

    比飛船返回艙速度更快的再入式飛行器，就需要采用碳/碳復(fù)合材料，這是一種更厲害的燒蝕防熱材料，它可以在超過(guò)2000℃以上的環(huán)境下使用，就算遭遇三四千攝氏度外加高速粒子沖刷也不成問(wèn)題，有效保護(hù)飛行器在最惡劣的環(huán)境下安然無(wú)恙。

    這樣的分類，只是讓大家更直觀地認(rèn)識(shí)我們的航天防熱材料，其實(shí)還有一些特殊功能的防熱材料也非常值得為大家介紹。比如所里研制的熱透波材料，就像為航天器安裝了“火眼金睛”，在防兩三千攝氏度高溫的同時(shí)，還能讓無(wú)線電通訊信號(hào)順利通過(guò)，像這種性能的材料處于世界領(lǐng)先水平。

    航天領(lǐng)域有句行話叫“一代材料、一代裝備”，材料是發(fā)展航天事業(yè)的基礎(chǔ)、先導(dǎo)，今天介紹的防熱材料只是其中的一部分，希望大家多多關(guān)注我們的航天材料，共同見(jiàn)證航天事業(yè)的發(fā)展騰飛。

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