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                發布時間:2022-05-05 分享到:
                【中國航天日】系列科普 | 第2期 揭秘神舟十三號返回艙的“防熱衣”


                神舟十三號■載人飛船返回艙載著三名航天員返回地球,在返回過程中〗,返回艙與大氣層劇烈摩擦,形成兩千多度的高溫,但裏面的航天員卻不會△因此而受到高溫炙烤,返回艙究竟是如何經受住高溫考驗的呢?讓我們來一起看看。 

                 

                專家介紹,確保返¤回艙燒不壞的關鍵就是安裝在返回艙最外層的防熱材料,它可以在高溫燒蝕過程中熔化、升華,從而帶◥走大氣摩擦帶給返回艙的熱量,保證航天員在艙內的安全與舒適。

                 

                載人航天的返回艙對於安全█性的要求極高,這要求防熱材料不僅耐高溫,還需要高強度,而且重量≡越輕越好。研制人員在防熱材料的選擇過程中進行了成百←上千次的試驗,最終確定了蜂窩〇狀的防熱材料。這種№防熱材料已經隨神舟飛船返回艙經歷了十幾次的實戰測試,驗證了其良好的防熱性能,每次返回艙返回地球後,科研人員會到現場對燒蝕後的材料進行取樣研究,為後續更好地進行太空探索任務做好準備。

                據神舟十三號★返回艙防熱結構專項主任工程師梁馨介紹,此次為神舟研制的防熱材料有100多種,最後選擇了蜂窩增強燒蝕防熱材料,讓返回艙擁有了堅固的“防熱衣”。

                 

                航天器在飛行過程中會因氣動熱效㊣應或含能材料的燃燒等原因,承受高溫、高壓、強沖刷、高熱流等熱載荷的作用,為保持航天器內部正常工作溫度,保證設備和人員安全,熱防護系統穩定,保證飛行器結構材料的正常工作,需采用耐高溫熱防護材料對航天器進行熱防護。進入21世紀以後,航天深空領域進入更新換代的高潮期,促使航天器耐高溫熱防護材料的快速發展。

                 

                常見的耐高溫熱防護材料有碳/ 碳復〓合材料、樹脂基材料、陶瓷基復合材料、難熔金屬、石墨、及新型隔熱材料等材∏料。在氣動熱載荷的作用下,燒蝕材料自身發生熔化、蒸發、升華、熱解、氧化等一系列復雜的物理化學變化,並伴隨熱阻塞效應和表面再輻射作用,阻擋、消耗大量熱量。

                輕量化是航天領域對材料的基本要求之一,是研制高性能航天器的重要前提,也是宇航燒蝕防熱材料的重要發展方向。

                目前,宇航燒蝕防熱材料已從早期的耐高溫、密度大的難熔金屬和石墨發展到中低密度碳/碳復合材料(密度1.3~2.0g/cm3)和纖維增強樹脂基復合材料(密度1.4~1.7g/cm3),同時針對特定的︼熱防護系統需求開發出了密度更低(<1.0g/cm3)的燒蝕∩防熱材料,廣泛應用於航天領域。

                輕質燒蝕防熱材料主要包括輕質陶瓷隔熱★瓦材料、蜂窩增強低密度材料、納米多孔氣凝膠材料、酚醛樹脂基低密度材料、彈性體燒蝕防熱材料等。對於蜂窩增強熱防♀護材料,往往以尼龍/酚 醛、石英/酚醛、碳/酚醛等作為蜂窩增強體,起到固定基體,抵抗氣流剪切力的作用,並以矽橡膠、 矽樹脂、酚醛樹脂等作為基體相,輔之以短切石英纖維、玻璃微球、酚醛微球◣等,進一步降低材料密☆度,提高材料強度和隔熱性能。

                 

                目前,耐高溫熱防護材料ω向著低密輕質、耐熱能力優異、成本更低、剛性更大等方向發展。在一次性熱防護以及航天器、空間探測器的高燒蝕環境,具有不◆可替代的重要作用。

                 

                責任編輯:劉丹



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