火箭院研制的航天耐热材料有多厉害?可抗2000度以上高温

发布时间 : 2018-05-31     来源 : 中国运载火箭技术研究院新闻中心

  航天器在大气层中高速飞行时,舱体表面温度可达1500℃;火箭在飞行过程中,尾部喷管可承受的温度在2000℃以上。这么高的温度,铁块都能瞬间融化,陨石都能被烧毁,但航天器却能安然无恙,它们是怎样做到的呢?



△腾空而起的火箭


  中国运载火箭技术研究院航天材料及工艺研究所航天器防热材料高级工程师王春明介绍,航天器抵御高温,离不开耐热材料。耐热材料一般是指火箭、航天器的结构材料,在耐高温的同时发挥其结构承载性能,是航天器的“骨骼”。
  今天,我们就为大家介绍一下航天耐热材料。


  耐高温合金助火箭腾飞


  王春明介绍,火箭发动机在工作的时候,燃料在燃烧室中燃烧,然后把高温气体从火箭尾部喷管中高速喷出,从而为火箭提供“飞天”的动力。高温环境下,火箭发动机除采用必要的冷却降温措施外,还在发动机喷管、燃烧室采用了钨合金、铌合金、镍基合金、铼铱合金等耐高温合金材料,这些耐高温合金可以在1500℃至2000℃温度下长期工作,能够做到在不烧坏自己的情况下,保证发动机正常工作。


  耐热复合材料让火箭飞得更远


  据介绍,由于不同的航天器、不同的部位对耐热材料的需求不同,需要根据它们的情况“量体裁衣”,选择不同耐热温度的材料。比如,采用环氧树脂基复合材料,可耐受180℃左右的温度,使用范围比较广泛,可以应用于火箭整流罩、卫星结构件等;双马树脂基复合材料,可以耐受260℃以上的温度,主要应用于火箭防热底板、仪器舱舱段等;而聚酰亚胺基复合材料则可耐受500℃以上的高温,可应用于火箭及航天器的耐高温部件。
  对于高速穿越大气层的航天器来说,轻装上阵能飞得更远,火箭末级每减轻一公斤重量,就能增加一公斤的有效载荷,或是增加15千米左右的射程。在满足强度要求的情况下,使用复合材料与其他材料相比,可减轻一半以上的重量。因此,先进复合材料就成为航天器结构材料的不二之选。


  热结构材料让航天器“浴火重生”


  王春明说,除了飞出大气层的航天器外,一些需要在大气层高速穿梭飞行的航天器与大气层高速摩擦时,会产生大量的热。
  我们知道,流星就是太空中的陨石等物质进入大气层,与大气高速摩擦燃烧所产生的现象。但流星大部分在空气中都被烧毁了,极少能够到达地面形成陨石,说明这个温度很高。
  这么高的温度下,整个航天器发出火一般的光芒,需要采用一种叫做热结构材料的耐高温复合材料。它主要包括碳/碳复合材料及碳/碳化硅等陶瓷基复合材料,这些材料可耐1200℃以上高温,甚至可抵1800℃的高温,能够保证航天器“浴火重生”,完成既定的飞行任务。

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