神十二最坚固的“防热衣”,抵抗超过2000度的高温,外表烧成碳也没事

发表时间:2021.09.23 11:27

来源:贤集网

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神舟十二号载人飞船返回舱载着三名航天员返回地球,在返回过程当中,虽然返回舱与大气层剧烈摩擦形成一个大火球的样子,但是,里面的航天员却不会因此而受到高温炙烤,返回舱究竟是如何经受住两千多度的高温考验的呢?这就要靠它表面的一种隔热材料。


高温烧蚀熔化升华 带走大气摩擦热量


工作人员介绍,在返回舱返回地球的过程中,首先就要面临高温的考验,在进入大气层的过程中,返回舱会与大气层发生剧烈摩擦,产生几千度的高温,确保返回舱烧不坏的就是安装在返回舱最外层的防热材料,它可以在高温烧蚀过程中熔化、升华,从而带走大气摩擦带给返回舱的热量,保证航天员在舱内的安全与舒适。


早在嫦娥五号返回时,一种特殊防热材料就起到关键性的作用。



嫦娥五号的返回器在完成它的任务后,成功的降落至指定地点,这是中国乃至世界无人月球采样的首次大成功。此次任务的影响力在全球范围内都有体现,就连美国也希望中国能够分享这次的经验成果。


然而,科研人员来到降落地点看见的却是一个黑不拉几的“煤球”,嫦娥五号被烧得几乎面目全非,与之前发射上去白净的面貌截然不同,嫦娥五号返回舱回来时经历了什么?难道降落伞也不能保证摩擦所带来的影响吗?


面目全非的返回舱



空气的动能影响集中体现在物体速度上,飞行运动在低于音速时,气流的微弱扰动扰动向四周散开,无法集中起来。当超过音速时,扰动来不及传到飞行器前面,便会使空气受到飞行器的压缩,形成集中的强扰动的激波,速度越快所形成的动能越强。只要火箭飞行时的最大速度不超过3公里每秒,便不会引起强烈的激波效应;到了接近平流层的位置,空气便会越来越稀薄,这时空气的影响也会逐渐降低,即使到达了宇宙第一速度也不会引起燃烧。


对于嫦娥五号来说,为了寻找合适的轨道点和获取足够的速度离开月球,绕月飞行后会逐渐增加速度开始冲向地球。如果让返回器像流星一样直冲冲的飞向地球,那肯定会和陨石一样发生解体并烧毁在大气中,为了不让这种情况发生,返回器设计的钝形外观能够在降落途中尽可能的让激波锋面远离自身。返回器到了地球上空的“卡门线”下,空气密度会随之增高,嫦娥五号在飞行的过程一度达到了宇宙第二速度。


陨石与大气摩擦起火



这也是科研人员为什么让返回器以一种半弹道式弹跳降落的原因,让返回舱以一定角度再冲向大气层稠密区,返回舱锥形的设计能够使其在气流间形成一个升力区域,当升阻变高时,气流向下推动获得更多升力,距地面一定距离时升力超过返回舱自身重力,返回舱又会被拉升,如此反复如同打水漂一般,但即便是这样也依旧要承受高温的炙烤。


嫦娥五号在之前的试验飞行中就通过实验的数据,优化了外观材料的设计,在半弹道式的飞行中承受不同“风面”的地方分别使用了7种不同的材料,这样不仅在不同位置面对激流加热时还能减轻返回舱的重量。科研人员还在返回舱的外层涂抹了会和高温反应汽化的特殊材料,这能让返回舱散走大量的热能。


嫦娥五号返回舱,已成“大煤球”



最后在反复跳跃式的降落中,嫦娥五号探测器的返回舱被不断升温加热,直到降落地面变成了我们所看见的几乎面目全非的“煤球”,而这些都在意料和控制之内,嫦娥五号也圆满的完成了它的任务。


此次神舟十二,用到的是一种蜂窝状防热材料,耐高温,高强度


载人航天的返回舱对于安全性的要求极高,这要求防热材料不仅耐高温,还要高强度,而且重量越轻越好。研制人员在防热材料的选择过程中进行了成百上千次的试验,最终确定了蜂窝状的防热材料。



防热材料经历神舟返回舱十几次实战测试


这种防热材料已经随神舟飞船返回舱经历了十几次的实战测试,验证了其良好的防热性能,每次返回舱返回地球后,科研人员会到现场对烧蚀后的材料进行取样研究,为后续更好地进行太空探索任务做好准备。

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