航天应用气凝胶必须承受之轻

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年4月16日全国瞩目的神舟十三号载人飞船返回舱载着三名航天员成功返回地球。从网络视频中,我们见到返回舱上贴敷着小小的六边形材料,他们紧密地贴合在一起,就像古战场的盔甲,又像现代的防弹衣。这是载人飞船的隔热防护外衣,保护返回舱里的航天员不会因为返回舱穿越大气层而受到高温炙烤。

根据专家介绍,返回舱对安全性的要求极高,这要求防热材料不仅耐高温,还要高强度,而且重量越轻越好。研制人员在防热材料的选择过程中进行了成百上千次的试验,最终确定了蜂窝状的防热材料。

虽然我们不得知神州十三号采用的隔热材料构成,但还是引发我们对气凝胶应用的畅想。

“神舟”升空,“北斗”组网,“嫦娥”探月,“天问”赴火,中国人从首问苍穹到漫步太空,一步步实现了在载人航天、人造卫星、深空探测等多个领域的非凡成就。作为中国行星探测工程的首次任务,年发射的“天问一号”同样备受瞩目。

“天问一号”上一共应用了两种气凝胶材料,分别用来应对“极热”和“极寒”。据介绍,“极热”指在火星着陆阶段,着陆发动机产生的热量会使周围的温度超过℃,气凝胶隔热组件能够阻隔高温,仅10mm左右的材料就能够在整个着陆过程让温度保持在可接受的范围。“极寒”考验出现在火星巡视阶段,设计师在火星车的表面铺设了大面积的气凝胶板,确保火星车在-℃的环境正常工作。

再看到SpaceX的星舰,在年星舰S20身为轨道星舰,必须经受住残酷的再入高温考验,因此需要在整舰迎风面贴满隔热片,使用六角形隔热片数以千计甚至上万片。在“星舰”主体和隔热瓦之间,是毛毡状的二氧化硅气凝胶。气凝胶毡的质量轻,减震性能好,可以防止隔热瓦碎裂,同时起到保温的作用。

进入外太空的物品,重量要以“克”记,航天器“减重”更是永恒话题。气凝胶的密度低至1mg/cm3,是世界上已知最轻的固体。在提供相同的隔热保护的情况下,相比岩棉等传统隔热材料,气凝胶毡的厚度可减少1/2~3/4。气凝胶具有低导热系数、低折射率、吸附、低声速、防火、耐高温等优良性能,它最早的亮相就是在航天应用当中,直至今日一直在该领域承担重要角色。

随着我国航天技术的不断发展,气凝胶也在不断更新迭代,力求满足国家越来越高精尖的技术要求。祝愿我国航天事业长虹!

(信息来自航天信息港;航天科工三院所;贤集网;机械工程材料;中国腐蚀与防护网)预览时标签不可点收录于合集#个上一篇下一篇

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