火箭院研制的航天耐熱材料有多厲害?可抗2000度以上高溫

發布時間 : 2018-05-31     來源 : 中國運載火箭技術研究院新聞中心

  航天器在大氣層中高速飛行時,艙體表面溫度可達1500℃;火箭在飛行過程中,尾部噴管可承受的溫度在2000℃以上。這么高的溫度,鐵塊都能瞬間融化,隕石都能被燒毀,但航天器卻能安然無恙,它們是怎樣做到的呢?



△騰空而起的火箭


  中國運載火箭技術研究院航天材料及工藝研究所航天器防熱材料高級工程師王春明介紹,航天器抵御高溫,離不開耐熱材料。耐熱材料一般是指火箭、航天器的結構材料,在耐高溫的同時發揮其結構承載性能,是航天器的“骨骼”。
  今天,我們就為大家介紹一下航天耐熱材料。


  耐高溫合金助火箭騰飛


  王春明介紹,火箭發動機在工作的時候,燃料在燃燒室中燃燒,然后把高溫氣體從火箭尾部噴管中高速噴出,從而為火箭提供“飛天”的動力。高溫環境下,火箭發動機除采用必要的冷卻降溫措施外,還在發動機噴管、燃燒室采用了鎢合金、鈮合金、鎳基合金、錸銥合金等耐高溫合金材料,這些耐高溫合金可以在1500℃至2000℃溫度下長期工作,能夠做到在不燒壞自己的情況下,保證發動機正常工作。


  耐熱復合材料讓火箭飛得更遠


  據介紹,由于不同的航天器、不同的部位對耐熱材料的需求不同,需要根據它們的情況“量體裁衣”,選擇不同耐熱溫度的材料。比如,采用環氧樹脂基復合材料,可耐受180℃左右的溫度,使用范圍比較廣泛,可以應用于火箭整流罩、衛星結構件等;雙馬樹脂基復合材料,可以耐受260℃以上的溫度,主要應用于火箭防熱底板、儀器艙艙段等;而聚酰亞胺基復合材料則可耐受500℃以上的高溫,可應用于火箭及航天器的耐高溫部件。
  對于高速穿越大氣層的航天器來說,輕裝上陣能飛得更遠,火箭末級每減輕一公斤重量,就能增加一公斤的有效載荷,或是增加15千米左右的射程。在滿足強度要求的情況下,使用復合材料與其他材料相比,可減輕一半以上的重量。因此,先進復合材料就成為航天器結構材料的不二之選。


  熱結構材料讓航天器“浴火重生”


  王春明說,除了飛出大氣層的航天器外,一些需要在大氣層高速穿梭飛行的航天器與大氣層高速摩擦時,會產生大量的熱。
  我們知道,流星就是太空中的隕石等物質進入大氣層,與大氣高速摩擦燃燒所產生的現象。但流星大部分在空氣中都被燒毀了,極少能夠到達地面形成隕石,說明這個溫度很高。
  這么高的溫度下,整個航天器發出火一般的光芒,需要采用一種叫做熱結構材料的耐高溫復合材料。它主要包括碳/碳復合材料及碳/碳化硅等陶瓷基復合材料,這些材料可耐1200℃以上高溫,甚至可抵1800℃的高溫,能夠保證航天器“浴火重生”,完成既定的飛行任務。

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