张昊春，邱晨晖，李 垚，赵 杨，秦 江，于海燕

（1. 哈尔滨工业大学 能源科学与工程学院；2. 哈尔滨工业大学 复合材料研究所：哈尔滨 150001）

0 引言

当飞行器在低于100 km高度以较高的速度飞行时，在大气阻力作用下会产生很高的动压和严重的气动加热[1]。以返回舱为例，进入大气层后，其飞行马赫数约为 28，周围气流的滞止点温度将达到3150 K。在40～70 km飞行高度，飞行器的外蒙皮温度在气动加热最严重时将达到5200 K以上[2]。因此，必须采取热防护措施。

传统的防热措施采用烧蚀材料、隔热陶瓷瓦等，从实际使用及发生的一系列事故来看，其重复使用性与可靠性有待提高[3]。为了提高热辐射涂层的辐射率，美国 NASA 提出在下一代飞行器中使用金属热防护系统计划[4]，即在金属蒙皮外表面涂敷热辐射涂层，以减少热量向内传递。但这种涂层也有局限性，根据Kirchhoff定律[4]，材料在具有高辐射率的同时也具有高吸收率，而热量的吸收会导致蒙皮温度的升高。对于热反射涂层，其表面的反射率高但辐射率低，无法以热辐射的形式向外排放聚集的热量。理想的金属热防护系统涂层是同时具有高反射率和高辐射率，但事实上很难获得这种材料。

Yablonovitch[5]和John[6]均于1987年提出了同时具有高反射率和高辐射率的光子晶体（Photonic Crystals, PCs）的概念。光子晶体介质中存在光子禁带，如果光子的频率位于光子禁带频率范围内，则光子不能在介质中传播[7]，因此可以通过结构的合理设计，使得热光子不能在光子晶体中传播。基于这个原理，利用三维光子晶体薄膜制备的涂层可以实现在红外波段的高反射率和高辐射率。……