你知道不，生活中常見的金屬鐵在六七百攝氏度時就會變得“軟塌塌”，即使鈦合金在超過1000℃的環境下，力學性能也會很快下降。然而中國運載火箭技術研究院（以下簡稱“火箭院”）研制的航天防熱材料，最高竟然可以耐近4000℃的高溫！今天，我們就邀請火箭院航天材料及工藝研究所的防熱材料專家姜炳揚博士，為大家介紹下火箭院的“防熱材料家族”。

    防熱材料，一般用于制作航天器表面的保護層，可以通過燒蝕、隔熱等手段，防止高溫“燒壞”其內部結構，是航天器的“保護者”。為了方便大家理解，根據防熱機理的不同，姜博士大致簡單地將防熱材料劃分為3類：

    第一類：低溫隔熱材料

    這種材料的代表有聚氨酯泡沫等，它主要用于低溫隔熱。如裝著低溫燃料的火箭貯箱，其外表面就會噴涂一層聚氨酯泡沫。聚氨酯泡沫的密度、強度都很低，作用就是使貯箱保持在一個適宜的溫度，不讓外面的“熱”進來，也不讓里面的“冷”散出去。

    第二類：可重復使用的防熱材料

    這種材料一般通過“輻射散熱”效應、內部多孔結構等起到防熱效果，阻止熱量向內部傳遞。典型代表如陶瓷基“防熱瓦”，可承受溫度達1500℃左右；還有一種新型材料，不但可以承受1200℃左右的高溫，還具有更輕的密度和更好的隔熱效果，它就是航天材料及工藝研究所研制的納米防熱材料。它可以大幅減輕防熱層的重量，滿足飛機黑匣子等特殊領域的防熱需求。

    第三類：燒蝕防熱材料

    這種材料具有“犧牲自己、保護別人”的大無畏精神。它通過分解、氣化、升華等物理、化學變化，帶走熱量，起到防熱效果。這類材料是飛行器實現再入大氣層的關鍵，即使碰到三四千攝氏度的高溫也能完成防熱使命。

    在具體應用的過程中，由于航天器不同部位的防熱要求不同，一型航天器經常會用到多種防熱材料，有時各種防熱材料還會組合使用。像我們熟悉的神舟飛船返回艙，我們所就為它量身定制了防熱材料的組合方案。返回艙返回地球時經歷的最高溫度是1500℃~2000℃，它的外表面是低密度燒蝕防熱材料，而在舷窗、大底等熱流集中的部位采用了更耐燒蝕的中密度玻璃鋼燒蝕材料，組合方案保證航天員所處的環境溫度不超過30℃。

△神舟飛船返回艙穿過大氣層效果圖

△探月試驗返回艙實物

    比飛船返回艙速度更快的再入式飛行器，就需要采用碳/碳復合材料，這是一種更厲害的燒蝕防熱材料，它可以在超過2000℃以上的環境下使用，就算遭遇三四千攝氏度外加高速粒子沖刷也不成問題，有效保護飛行器在最惡劣的環境下安然無恙。

    這樣的分類，只是讓大家更直觀地認識我們的航天防熱材料，其實還有一些特殊功能的防熱材料也非常值得為大家介紹。比如所里研制的熱透波材料，就像為航天器安裝了“火眼金睛”，在防兩三千攝氏度高溫的同時，還能讓無線電通訊信號順利通過，像這種性能的材料處于世界領先水平。

    航天領域有句行話叫“一代材料、一代裝備”，材料是發展航天事業的基礎、先導，今天介紹的防熱材料只是其中的一部分，希望大家多多關注我們的航天材料，共同見證航天事業的發展騰飛。

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責任編輯：王元

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