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惊魂9分钟

2018-10-25

科普童话·百科探秘 2018年11期
关键词:高低温返回舱蜂窝

它,由中国自主研制,代表着中国航天的最尖端,承载着浩瀚星河的中国梦。它就是神舟飞船。

神舟飞船的每一个环节、每一个部分都需要精密又尖端的科技支持。今天带大家看看,完成太空任务后,返回舱是如何在科技的帮助下,携宇航员度过惊魂9分钟返回地球的……

太上老君的炼丹炉

在这9分钟里,返回舱面对的可比太上老君的炉火还要厉害。我们常见的防热金属和设备,要是身处返回舱的条件,分分钟可就化为灰烬了!

三味真火:摩擦超高温

返回舱返程时会与大气剧烈摩擦,飞船表面的温度会因为摩擦而超过2000oC,整个载入过程有530秒。如果不解决防热问题,飞船还没等落地就会烧成灰烬。

三味真火:减重方程式

重量决定了一艘航天飞船的运载能力、使用寿命等,而神舟飞船对重量的要求相当严苛,如果裹上太厚的外壳做防热,那可就真成了一个只能在太空中燃烧的锅炉了。

三味真火:高低温交换

在惊魂9分钟前,飞船还要在太空轨道上运行很久,而轨道的温度上至120℃下至-120℃,每90分钟,神舟飞船就要经历这样一个高低温的变化循环。材料都是会发生热胀冷缩的,这种不断变化的温度,会让普通防热材料的防热层开裂,还没使用就成了废品。

梆梆梆梆!在种种严苛要求下,我国科研人员付出十几年心血的成果——低密度烧蚀防热材料,闪亮登场。它就是神舟飞船的防热衣,为宇航员生命中惊心动魄的9分钟保驾护航!

首先,它可以承受2000℃的高温,并在高温的过程中发生分解、抗化、升华一系列的吸热反应,从而带走大量的热量,保护内部结构,就像蜡烛一样,燃烧自己,照亮别人,保护神舟飞船平安回家。

其次,防热材料占整个系统结构重量的占比是45%,如果我们把它的密度降低10%,就可以节约出58公斤,相当于一个航天员的重量。

最后,面對高低温循环,它的防热层直接粘接在承力层壳体上,结构简单,而且重量小。

蜂窝防热衣

低密度烧蚀防热材料看起来就像是蜜蜂窝,它是怎样成型的呢?中美两国可各有各的不同!

中美工艺大比拼

美国:单孔灌注技术。2010年的猎户座大底,就是用这个方法。

猎户座大底直径5米,每一个蜂窝的内径只有6毫米,相当于大底上密布了33万个蜂窝,成型的时候就需要工作人员一个一个进行灌注,需要差不多5个月的时间才完成。

中国:通过热压罐设备把材料整齐地码放在蜂窝格子的上部,上面糊上一个真空带,整个体系里面抽着真空,外面通过设备对它进行加压,通过内外压差,就让材料整体压到了蜂窝里。

这个工艺非常简单,还有一个好处:产品的尺寸有多大,就选用一个相应尺寸的热压罐,可以一次成型,整个过程前后不会超过8个小时。

最终飞行前还要检验材料是否合格。直接放到高温里试着烧一下?这种材料只能用一次,然后就没用了。别急,科学家们早就想到了好办法——随炉。

用相同的原材料跟着这个即将上岗的材料一起制作,经历同样的历程、同样的环境,有的干脆就是从一个炉子里烧出来的,所以它叫随炉材料。

随炉材料的性能就代表着产品的性能。我们检验时,检验这个随炉材料就可以了。

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