“退休”后的馬云，竟然是去造火箭了？全球1小時達！馬斯克怕了嗎？

阿里“要上天”？

4月1日消息，淘寶宣布與商業航天公司藍箭航天合作，研發大型“寶箭號”和“小寶箭號”運載火箭。

目前，“寶箭號”正在工廠裝配，預計3-5年投入使用，可將跨國運輸將縮短為一小時；而“小寶箭號”火箭將使得30公里范圍內到貨僅需60秒，小區附近的快遞站點將會全面升級，配備“小寶箭”降落平臺，樓頂天臺也會成為天臺驛站。

作為國內電商巨頭，淘寶顯然對物流速度有更深的理解。從貨車、火車、飛機再到無人機，物流的運具在不斷迭代，從次日達到一日達，包裹流轉的速度在不斷提升。還有沒有更給力的方式？

有的。

淘寶的“大寶箭”

在阿里公布的消息透露，其大型“寶箭號”火箭全長48.8米，直徑3.55米，運力為5-10噸。加速后能夠達到第一宇宙速度（7km/s），30倍于飛機的速度，以地球上兩點最遠距離20000km計，理論上48分鐘內即可到達。

也就是說，“全球1小時達”的目標將可實現，不僅終結“次日達”，而且將“包郵區”從江湖浙擴大到美日韓。

“包郵區”不再是江浙滬，大“寶箭”運豪車，咻的一下送貨到家！

“小寶箭”雖然沒有同門師兄這么快，但是更接地氣。載重量200斤的小寶箭可以降落在用戶的樓頂天臺，30公里運輸時間僅需60秒，能輕松完成50kg的跨省、跨市運輸。

大型“寶箭”號飛行剖面 ，來源：藍箭航天

小“寶箭”天臺收貨，使命必達。

根據淘寶放出的消息，“大寶箭”將在3-5年內起用，“小寶箭”將在4-6年內起用。

玩笑和野心，馬斯克怕了嗎？

不過，這應該是阿里今年給大家開的愚人節玩笑。實際上，各大科技公司在準備四月一號的節目上花費的心機，和人事花在年會上的差不多。

但玩笑之中往往透露著說話者的真實想法。

近幾年，國內有不少航天及衛星創業團隊獲得資本青睞，上文提到跟阿里合作的藍箭航天就是其中之一，另外還有零壹空間、九天微星等公司，也拉開我國民營航天創業的大幕。

“寶箭號”的實現原理來自SpaceX在2015年的創舉——火箭箭體回收，可回收技術讓火箭有了成為真正意義上交通工具的潛力。去年2月，SpaceX的重型獵鷹火箭，攜帶者一臺櫻桃紅的特斯拉Roadster跑車進入太空軌道，引起全球熱議。

不過，剛起步的國內民營商業航天事業走得尚不順利。

繼藍箭航天的“朱雀一號”發射失敗后，我國民營航天領域幾天前（３月27日）迎來的第二波嘗試宣告失敗。

據《科技日報》消息，3月17點39分，零壹空間在酒泉衛星發射中心利用OS-M固體運載火箭將靈鵲一號B星發射升空，但隨后失去控制，本次發射任務遺憾告敗，目前故障原因還在調查中。

環球網援引航天專家黃志澄觀點稱，這是一次嘗試，一個民營火箭公司處于起步階段，兩三年時間的發展能有這樣成績就已經很不錯了。國內民營火箭企業要沉住氣，按照中國航天火箭發展的規律去做，“不要急于求成，不用去爭名義上誰是第一誰是第二”。

《華爾街日報》在去年11月11日報道稱，目前中國已有約80家商業航天技術初創公司，正在大膽地與美國SpaceX等公司競爭，希望從航天市場分一杯羹。文章援引觀點稱，“三年前，沒人能想象中國民營企業可以做這件事，如今，中國的民營企業已經變得十分強大。”

從誰都不信的中國黃頁，到如今不離手的淘寶；從當初被聽成“吃不飽”，到現在轉賬秒到的支付寶……科技日新月異，只是蒲出場時常被當成笑話，只是多年以后，當初嘲笑者自己變成笑話。

淘寶的“寶箭”讓“地球1小時”送貨變現，雖然是愚人節新聞，但夢想總是要有的，萬一實現了呢？

延伸閱讀

一、圖解運載火箭結構

二、火箭的主要材料

現代火箭和導彈各部位使用的材料，大部分與飛機材料相同，但為適應運載火箭與彈道導彈的特殊工作環境，也發展了多種專用材料。

1、彈頭材料

運載火箭的頭部不需要返回地面，只經受穿出大氣層時的空氣動力加熱，一般是用金屬或復合材料制造頭部整流罩。

彈道導彈的頭部要再入大氣層，以便攻擊敵方目標，早期的某些中程導彈曾一度采用熱沉式防熱，即把熱量耗散在質量大、比熱高的銅制鈍頭中，但因重量太大、隔熱困難，這種方法很快被放棄。洲際導彈頭部的再入速度馬赫數高達20以上，頭部溫度可高達8000～12000°C。50年代末，頭部鼻錐開始采用燒蝕材料防熱。早期廣泛使用的燒蝕材料是高硅氧玻璃纖維增強酚醛樹脂。鼻錐后面還有大面積的防熱層，內部用輕金屬結構支撐并襯有隔熱材料，以保證核戰斗部和精密儀器所需要的溫度環境。隨著分導式彈頭和機動式彈頭的發展，再入時間增長，不均勻燒蝕的情況加劇，同時為抵抗粒子云侵蝕和核攻擊，遂研制出石墨纖維三向或多向增強的碳材料和具有高應變性能的石墨材料。70年代開始改用碳纖維織物作為增強材料，效果良好。為了對頭部進行制導，防熱層上開有天線窗，窗口材料與防熱層應同步燒蝕，同時又能透過無線電波。為此目的，初期使用石英玻璃，后來研制出石英纖維增強的二氧化硅作為窗口材料。

2、彈體材料

火箭或導彈的彈體主要由儀器艙、箱體、過渡段和尾段組成。箱體以外的部分主要起結構支承作用，多采用高強度鋁合金制成半硬殼式結構或蜂窩結構。

液體火箭的箱體材料既要求強度又要求耐蝕性能。早期的液體火箭箱體選用鋁-鎂合金。 隨著鈑金成形和焊接技術的進步，后來改用鋁-銅-鎂系、鋁-鋅-鎂系高強度鋁合金制作箱體。為箱體內部增壓的高壓氣瓶多用鈦合金或高強度鋼制作。為改變發動機推力的方向，一種方法是在尾段上裝燃氣舵。燃氣舵受到噴焰的高速沖刷，燒蝕嚴重，故多采用特種石墨或鎢、鉬等難熔金屬制作，表面再覆以抗氧化涂層。另一種方法是采用搖擺式發動機或擺動噴管，為此彈體尾段須裝有柔性防熱材料，如玻璃纖維增強硅橡膠，以防止火焰的輻射熱對尾段內各系統的損害。此外，彈體內的活門、管路系統還需要使用各種密封材料。

3、發動機材料

液體火箭發動機主要由渦輪、推進劑輸送泵和燃燒室組成。渦輪材料主要是鎳基、鈷基合金。泵殼體采用高強度、高致密性的鋁合金鑄件或鋼鑄件。

燃燒室的工作環境最為嚴酷，室內燃燒溫度高達3000°C以上。任何材料在這溫度下都會軟化以至熔化，只有對燃燒室進行冷卻才能保證材料有必要的強度。燃燒室的結構按冷卻方式分為三類：①再生冷卻式燃燒室，其結構又分為夾壁式和管束式兩種。夾壁式燃燒室的內外壁大多用不銹鋼經高溫釬焊制成。 某些大型液氧-液氫發動機燃燒室內壁用銅-銀-鋯合金制造，以增加冷卻效果，外壁用金屬鎳電鑄成形。管束式燃燒室是用多根純鎳或不銹鋼薄壁異形變截面管捆綁釬焊而成。②輻射冷卻式燃燒室用鉬、鈮等難熔金屬制造，延伸噴管則用鈮、鈷、鈦合金制造，表面涂覆抗氧化和具有高輻射系數的特殊涂層。③燒蝕冷卻式燃燒室的內壁用高硅氧纖維增強樹脂作燒蝕材料，外部用鈦合金作承力殼體，喉部裝有石墨鑲塊以增強耐燒蝕能力。有的發動機用多孔金屬面板作為頂部推進劑噴注器的安裝板，以增加冷卻效果。固體火箭發動機的裝藥殼體最初用高強度鋼制造，后來改用鈦合金、玻璃纖維或高強度、高彈性模量有機纖維增強環氧樹脂。殼體內部襯以橡膠類隔熱材料。噴管喉部初期用鉬、鎢等難熔金屬作喉襯，后用鎢作為難熔骨架，滲入銅、銀等金屬作為自發汗冷卻劑。最新式的發動機噴管喉部采用熱解石墨、碳纖維增強碳材料作喉襯，提高了抗燒蝕性能。

4、非結構材料

火箭和導彈的特殊工作環境和貯存環境，需要使用諸如耐高溫或耐低溫的潤滑材料、真空密封脂、高級液壓油、無機化合物防火膩子、防潮防霉防腐蝕的油漆和涂料等非結構材料。

5、燃料

燃料是氮的氧化物有：CO,H2,C2H2,CH4,C2H4,CH3CH2OH,N2H4，高級硼硅烷（這都是火箭推進器的燃料）和2踢腳差不多的 點火和原理都一樣。

三、輕質燒蝕防熱材料研究進展

作者：馬秀萍 郭亞林 張 祎（西安航天復合材料研究所，西安 710025）

1 引言

航天器在飛行過程中會因氣動熱效應或含能材料的燃燒等原因而承受高溫、高壓、強沖刷、高熱流等熱載荷的作用，為保證飛行器結構材料的正常工作，需采用耐高溫熱防護材料對宇航飛行器進行熱防護。常見的耐高溫熱防護材料有難熔金屬、石墨、碳基材料、陶瓷基材料和樹脂基材料等。輕量化是航空航天領域對材料的基本要求之一，是研制高性能航天器的重要前提，也是宇航燒蝕防熱材料的重要發展方向。目前，宇航燒蝕防熱材料已從早期的耐高溫、密度大的難熔金屬和石墨發展到中低密度C/C 復合材料（密度1.3～2.0g/cm3）和纖維增強樹脂基復合材料（密度1.4～1.7g/cm3），同時針對特定的熱防護系統需求開發出了密度更低（＜1.0g/cm3）的燒蝕防熱材料，廣泛應用于航空航天領域，例如火箭、導彈、高性能發動機的一次性熱防護以及航天器、空間探測器的再入熱防護等氣流焓值高、熱流密度大、高燒蝕的環境，具有不可替代的重要作用。

根據航天器工作的實際需求，在保證耐燒蝕防熱性能的前提下，國外對熱防護構件的輕量化研究主要采用多孔結構降低材料密度的方法研制輕質耐燒蝕防熱材料；到20 世紀60 年代，開始采用具有較低本體密度耐燒蝕材料的方法減小熱防護構件的惰性質量；近年來，通過提高燒蝕防熱材料整體強度，制作薄壁構件的方法進行熱防護材料的輕量化研究。本文綜述了輕質燒蝕防熱材料研究進展情況，主要包括輕質陶瓷隔熱瓦材料、蜂窩增強低密度材料、納米多孔氣凝膠材料、酚醛樹脂基低密度材料、彈性體燒蝕防熱材料和薄壁樹脂基和碳基耐燒蝕材料。

2 多孔結構材料

2.1 輕質陶瓷隔熱瓦材料

陶瓷隔熱瓦材料是針對航天飛機熱防護需求研制的，其主要成分為石英纖維、氧化鋁或硼硅酸鋁纖維，纖維之間在經過高溫燒結之后可以相互“搭接”形成多孔結構，從而獲得較低的密度，良好的隔熱性能和力學性能。目前已經研發出多種體系的隔熱瓦材料，例如全石英隔熱瓦（LI、AIM）、多元隔熱瓦（FRCI、HTP）、氧化鋁纖維增強熱屏蔽隔熱瓦（AETB、BRI）等，配合其使用的還有耐高溫涂層結構，例如RCG、HETC、TUFI 等。陶瓷隔熱瓦具有優異的的抗燒蝕性能，較高的抗沖刷特性、隔熱特性和一定的強度，但其韌性差，需與其它材料配合使用。

陶瓷隔熱瓦材料主要用于航天飛機表面的熱防護，美國的五架航天飛機均采用輕質陶瓷隔熱瓦作為表面熱防護材料，應用面積高達68%。近些年，美國通過對陶瓷隔熱瓦材料改性，將其應用于超聲速飛行器X-43A、X-37B 和X-51A 等。其中軌道飛行器X-37B熱防護系統采用了新型單體纖維增韌抗氧化復合材料（TUFROC），密度0.4g/cm3，能抵抗1697℃的溫度。不但能承受再入時產生的高溫，還解決了陶瓷瓦在高溫環境下的熱開裂和抗氧化等瓶頸問題，制造周期短，是世界上第一種具有可重復使用低成本熱防護系統。這種新型輕質耐高溫材料的設計創新性地使用了功能、防/隔熱一體化的設計理念，采用機械連接方式實現了外層非燒蝕與內層低密度梯度化設計：其外層為抗氧化、難熔的輕質陶瓷/碳材料（ROCCI），內層為低密度AETB 或 FRCI，成功解決了基體結構之間的熱匹配性問題，且提高了抗震性能。X-51A 的超燃沖壓發動機的進氣道斜坡和尖銳前緣則使用了BRI-16陶瓷隔熱瓦，具有很高的可靠性和重復性，可在惡劣環境下執行任務。X-43A 機身表面和發動機進氣道斜坡也使用了低密度AETB 隔熱瓦，取得了良好的效果。近年來一種酚醛類的浸漬碳或陶瓷燒蝕材料（LCA），代表了熱防護燒蝕材料技術領域的發展水平。LCA 密度低于0.5g/cm3，是由低密度（＜0.2g/cm3）硬碳陶瓷和有機樹脂制成，硬碳陶瓷提供力學性能且其孔隙中存在空氣可使熱導率降低，同時通過樹脂的吸熱分解、熱解氣體的熱傳輸和邊界層的燒蝕增加燒蝕材料額外的能量散耗。例如NASA Ames 研究中心開發的低密度酚醛浸漬碳燒蝕體防熱材料（PICA），密度0.24～0.32g/cm3，曾被評為2007 年美國宇航局年度發明獎，成功用于高速再入的Stardust 返回艙熱防護材料和奧利安載人飛船的防熱罩，還作為MSL 的迎風面防熱材料成功登陸火星，其改進型PICA-X 作為主要防熱方案應用于Dragon 的迎風面熱防護系統，能抵抗高達2760℃的瞬時高溫。NASA 之后通過改進原始浸漬工藝得到致密化的PICA，密度0.48g/cm3，材料力學性能得到了增強，特別是提高了抵御微小隕石殘片沖擊的能力。美國最近還研制了一種新型高溫輻射熱防護材料：超高溫陶瓷基復合材料，主要成分是SiC 和硼化物，耐熱溫度高達2200℃，擬用于未來航天飛機的機翼前緣和頭錐。

2.2 蜂窩增強低密度材料

蜂窩材料是為減輕航空航天材料結構重量而仿照蜂窩結構研制的一種材料，其結構形式為一系列自成體系的六邊形孔格，具有很高的強度和剛度，小范圍損毀不影響整體正常的力學性能。這種特殊的結構特征在很大程度上提高了構件的結構效率，減輕了惰性質量，使其具有高強、輕質、隔熱的優異性能。蜂窩結構材料作為燒蝕防熱材料往往需要向其中添加低密度填料等方式使其內部也形成高孔隙結構，達到提高隔熱性能、降低密度的目的，現已廣泛應用于航空航天等高科技領域。

酚醛玻璃鋼以其高的比模量、比強度、隔熱、耐腐蝕性等優點廣泛用于制作蜂窩增強耐燒蝕隔熱材料，目前有以下幾種形式：第一種為蜂窩增強硅橡膠基體材料，美國雙子星飛船防熱大底和我國神舟系列飛船側壁迎風面和大底的熱防護均采用了酚醛玻璃鋼蜂窩填充甲基硅橡膠和空心酚醛微球、石英纖維的低密度材料，飛船再入效果良好，既可以大幅度降低材料密度，又能提高耐熱性能和結構效率。美國海盜號火星探測器則使用了超輕質燒蝕材料SLA，其結構形式為Flex Core 玻璃纖維/酚醛蜂窩填充含有SiO2 和酚醛微球的硅樹脂和碳纖維、石英纖維，密度約為0.256g/cm3。SLA 經過試驗和改進并與碳面板蜂窩夾層結構進行了連接，成功應用于MPF、MER、鳳凰號等探測器的熱防護。第二種為蜂窩增強環氧-酚醛材料，美國Apollo 飛船熱防護系統應用的是酚醛玻璃鋼蜂窩增強環氧-酚醛和空心微球、石英纖維的材料Avcoat 5026-39，密度僅0.55g/cm3，有效減輕了結構質量。第三種為蜂窩承載結構材料，TSRAM 系列和PhenCarb 系列就是分別以硅樹脂和酚醛樹脂為基體、纖維作為增強材料、蜂窩為承載結構制備出的輕質碳化型燒蝕材料。國外一些固體火箭發動機的大型潛入式噴管出口結構也采用了蜂窩結構，但是在更大型的噴管（出口直徑＞2.54m）上的應用還未見報道。

2.3 納米多孔氣凝膠

氣凝膠是目前已知合成材料中最輕的固體材料，獨特的納米級孔隙結構和連續的空間網絡結構，使得它具有超低密度、超低熱導率和優異的耐高溫性能，能夠限制氣相對流傳熱、抑制固體傳導途徑，有超級絕熱材料之稱。單獨的氣凝膠材料強度較低，通過與各種增強材料的復合，使其具有優良的力學性能和隔熱性能，作為燒蝕材料具有十分廣闊的應用前景。

美國ASPEN 對氣凝膠的研究較早，其開發纖維增強氣凝膠復合材料技術是對氣凝膠材料性能的完善，該公司還進行了納米多孔隔熱復合材料在高超聲速飛行器再入熱防護系統、發動機的隔熱系統等多方面的應用研究。美國Ultramet 公司研制的碳泡沫骨架填充碳氣凝膠的復合熱防護材料，密度0.07g/cm3，使用溫度可達2200℃。該材料可與復合材料結構殼相結合，形成一個整體絕熱防護系統，在運載器推進系統、超音速飛行器發動機、（超燃）沖壓發動機等方面具有潛在的應用價值。美國JOHNS-MANVILIE 公司將石棉纖維、有機樹脂等與納米多孔硅氣凝膠混合制成塊狀材料，密度0.2～0.3g/cm3，使用溫度1000℃，應用于航天及核能領域，后來由于保護環境的要求，大多采用芳綸纖維、陶瓷纖維替代石棉纖維。NASA Ames中心將陶瓷纖維與SiO2 氣凝膠復合得到了一種新型隔熱瓦材料，密度0.13～0.17g/cm3，與原隔熱瓦相比隔熱性能提高了數十倍。勇氣號火星探測器的核心部位以及X-51A 超音速飛行器、火星流浪者保溫層、美洲豹戰斗機等均采用了氣凝膠材料作為隔熱層。國外目前正在研究SiO2-Al2O3 復合型氣凝膠和探索新體系氣凝膠在高溫條件下的應用。國內納米多孔氣凝膠的研制雖然起步較晚，但現也已經研制出了一系列的SiO2 氣凝膠隔熱材料，并批量應用于國內飛行器隔熱層、火箭發動機熱防護等領域中。

3 本體低密度燒蝕材料

3.1 酚醛樹脂基材料

酚醛樹脂由于其優異的耐熱性、良好的力學性能和工藝性能、低成本等優點一直以來是作為燒蝕防熱系統的首選材料。傳統樹脂殘碳率較低，通過改性的高成碳酚醛樹脂用于制作耐燒蝕材料，具有良好的耐高熱流、機械沖刷和燒蝕性能，以其為基體的低密度燒蝕材料更是國內外研究的熱點。

纖維增強樹脂基低密度材料通過纏繞成型用于固體火箭發動機噴管絕熱層，可有效減輕防熱結構質量，例如三叉戟Ⅰ戰略導彈發動機PC4-2、PC4-3 噴管端頭帽絕熱層為低密度SiO2/酚醛材料，出口錐（擴張比＞7）內襯為低密度碳布/酚醛材料，牽牛星3AFW-4S 偵察兵B 運載火箭四級出口錐后段為低密度高硅氧/酚醛絕熱層。近年來，航空航天材料及工藝研究所研發了一系列連續纖維增強纏繞型高孔隙輕質防熱材料，密度0.8～1.4g/cm3，例如熱解型改性SPQ/酚醛系列，具有低熱導率和良好的耐燒蝕性能。

在樹脂基防熱涂層的研究方面，Astrium SAS 公司在代號為HYDRA 的發展規劃中，選擇了兩種類型的燒蝕材料（兩種不同系列酚醛樹脂基復合材料組成）和兩種類型的熱結構核心材料（陶瓷基復合材料），進行聯合制造。旨在研制一種新型低密度耐燒蝕防護外層，涂覆在一種先進的陶瓷基復合熱結構層之上，可用于返回式飛行器上的新型燒蝕體/陶瓷基混合物超強輕質熱防護層。美國制備的添加SiO2 空心微球的酚醛樹脂涂層密度現已降到0.5g/cm3 以下。我國普遍使用的燒蝕防熱涂層密度依然保持在0.8～0.85g/cm3 的范圍。鄭天亮等通過添加表面改性的Al2O3-SiO2 空心微球、油層包裹的蛭石和酚醛微球等多種填料將涂層密度降到0.4～0.6g/cm3，其中環氧和酚醛兩種涂層體系在750℃保持殘碳率均高于50%。

通過對結構進行改性研究，石敏先等人研制了一種由硼酚醛樹脂、改性空心酚醛微球、改性空心陶瓷微球、玻璃料、溶劑等組成的輕質耐燒蝕復合材料，900℃殘重率大于70%，具有良好的耐燒蝕性能和力學性能。根據密度和燒蝕性能要求對配方進行設計，可作為耐燒蝕復合材料用的聚合物基體，應用于航空航天等耐燒蝕材料技術領域。哈爾濱工業大學提出了一種新型超輕質具有“霧凇結構”的防熱復合材料用于極端環境再入防熱的構想。通過自制特種改性酚醛樹脂的結構改性，并進一步浸漬和充填碳骨架，制備出的碳骨架增強酚醛樹脂是集燒蝕、防/隔熱于一體的新型超輕質復合材料。燒蝕考核過程中未出現機械剝蝕和缺陷，質量燒蝕率0.136g/s，線燒蝕率0.058mm/s，表明防熱材料具有優越的隔熱耐燒蝕性能。

3.2 彈性體基材料  

橡膠彈性體材料以其低密度、耐高低溫、抗燒蝕、防潮等特性是航空航天領域必不可少的高性能配套材料，目前使用較多的有三元乙丙橡膠、丁腈橡膠和有機硅橡膠等。通過與耐燒蝕填料的配合可達到提高絕熱效應、抵抗氣流沖刷、降低燒蝕率、提高整體力學性能的要求，是富氧條件下絕熱層的首選材料，可廣泛用于固體火箭發動機的內絕熱層以及再入熱防護系統。

三元乙丙橡膠的綜合性能比其它橡膠好，向其中添加纖維、SiO2 等填料可用作火箭發動機燃燒室內絕熱層，也可用作噴管收斂段及火箭的外絕熱層，例如MAGE-Ⅲ、AntarsⅢ、三叉戟C4、MX 等。丁腈橡膠與SiO2、各種纖維等混煉制成的絕熱層廣泛應用于固體火箭發動機中。硅橡膠是近年來應用較多的絕熱層材料，具有優異的性能，有望取代三元乙丙橡膠成為發動機的主要絕熱層材料。美國DOWCoring 公司研發的硅橡膠為基體，碳纖維、SiO2、SiC 等為填料的復合材料（DC93-104）和以聚二甲基硅氧烷與聚甲基苯基硅氧烷為基體的材料，具有優異的耐燒蝕性能，用于保護航天發動機均具有良好的熱防護性能。法國SNPE 公司生產的添加碳纖維、玻璃纖維的硅橡膠（Si-11x 系列）多用于固體推進劑包覆層，內蒙合成化工研究所研制的芳綸纖維增強硅橡膠（DTZ-1）主要用于小型燃氣發生器的絕熱包覆。在氣動熱防護方面，波音公司研發的以硅樹脂為基體，二氧化硅空心微球、增強纖維等為填料的輕質燒蝕材料BLA，密度約為0.32g/cm3，最高使用溫度達到1760℃，燒蝕率僅為0.0762mm/s，力學性能優異，成功應用于X-51A 飛行器上，蜂窩增強結構的BLA-HD 用于超燃發動機噴管內表面，可承受高溫高速沖刷。NASAAmes 研究中心以高孔隙率陶瓷纖維浸漬硅樹脂研發出可重復使用的耐燒蝕材料SIRCA，密度0.18～1.0g/cm3，成功用于火星探路者和火星探測漫游者飛船以及飛行器翼前緣、鼻錐和其他快速加熱部位的熱防護。國外最具代表性的硅橡膠復合材料用于沖壓發動機熱防護的有德法合作的ANTS、法國ASMP 和美國AAAM 等。國內西安近代化學研究所研制的硅橡膠絕熱層在某型號沖壓發動機上進行試用，綜合性能優良，取得了很好的效果。

4 薄壁耐燒蝕材料

4.1 樹脂基材料

燒蝕防熱材料一般需要一定的厚度來滿足其使用性能，在滿足熱防護系統所需要的抗燒蝕性能、力學性能等指標的前提下盡量把材料做薄，既可以滿足熱防護要求，又能減輕構件質量，現已成為宇航材料研制的重要發展方向。

三維編織結構樹脂傳遞模塑成型（RTM）工藝是目前國際上最先進的復合材料制作工藝技術之一，相比其它復合材料成型工藝，RTM 成型的三維編織結構產品纖維含量高、制品薄且均勻、層間強度高、耐燒蝕性能好，是制造輕質、高強、低成本的樹脂基復合材料制品極具潛力的成型工藝。歐洲織女星Vega 火箭Ⅰ級發動機噴管P80 的擴張段出口端和防熱環均采用了RTM 成型纏繞/針刺2.5D 碳/NAXECO 酚醛結構，與傳統的2D 布帶纏繞成型相比具有良好的抗燒蝕性能和整體力學性能，且能有效減輕噴管質量、提高發動機性能。新一代織女星Ⅱ級發動機噴管Z40 也采用了RTM 成型技術，相比原來的Z23 噴管具有更優異的綜合性能。

4.2 碳基材料

碳基體材料具有優異的抗燒蝕性能、高模量、高強度、高溫下力學性能和尺寸穩定性好等優點，具有不可替代的發展趨勢。采用樹脂基材料抵抗3000℃以上的高溫，其厚度至少10mm 以上，而采用C/C 材料只需3～4mm 的厚度，發動機噴管采用C/C 材料比樹脂基材料質量可減輕50%左右。但C/C 材料抗氧化性能差、熱導率高，國內外經過多年努力已經研制出多種涂層和引入其他組分來提高C/C 材料的高溫抗氧化性能和降低熱導率。

Novoltex 和Naxeco Sepcarb C/C 復合材料的密度低，高溫下具有較高的熱擴散率和較低的熱膨脹率，主要用于成型大且輕的噴管出口錐，例如Delta Ⅳ運載火箭的出口錐，厚度僅為2.3mm，經過試驗證明其具有安全可靠的性能。美國RL10B-2 液體火箭發動機噴管出口錐也采用Novoltex 3D 增強C/C 材料，最薄處厚度2.3mm。除3D 材料外，2D 薄壁材料也有廣泛的應用，且有很好的性能，例如俄羅斯白楊-M 三級發動機C/C 出口錐出口厚度2.8mm，MAGE-Ⅱ遠地點助推發動機的C/C 噴管擴張段出口厚度僅為2mm，美國MX 導彈三級發動機的C/C 噴管擴張段出口厚度1.5mm，法國SEP 與CSD 合作研制的延伸噴管出口厚度1.5mm。增強型C/C 薄殼結構（RCC）也在發現號、奮進號、前蘇聯暴風雪號航天飛機、法國Hemes（試驗）等成功進行了應用與試驗。

5 結束語

本文總結了輕質多孔材料、本體低密度材料、薄壁耐燒蝕材料等作為輕質熱防護材料的發展，表明了輕質燒蝕防熱材料在宇航飛行器上有著廣闊的應用前景，進一步研發耐高溫、低密度、高殘碳率的新型材料是今后研究工作的重點。例如：功能梯度材料有著獨特的內部結構，耐燒蝕性能和機械性能優異，可以有效減輕防熱材料的質量，它的發展與應用必將成為新一代輕質隔熱材料研究熱點。輕質點陣材料秉承了材料、結構和功能設計為一體的協同優化設計理念，具有多孔特點可以進行對流換熱達到溫度控制的要求，且具有良好的力學性能，是未來航空航天隔熱材料的發展方向之一。國外輕質燒蝕防熱材料無論是原材料的配方、成型工藝還是地面模擬試驗都積累了大量的經驗，我國要充分借鑒國外輕質耐燒蝕防熱技術的研究成果、設計理念和實用經驗，突破材料的研制和與之相關的工藝等關鍵技術，研發新型燒蝕防熱材料體系、探索新的熱防護機制，提升我國宇航飛行器熱防護水平，滿足未來發展需求。

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責任編輯：王元

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