为什么航天器的“盔甲”能耐高温?
航天器是人类前往外太空必需的交通工具,它从地球发射出去的时候,由于有整流罩的保护,可以避免与大气层直接接触,而当它从空间站或其他星球返回地球的时候情况就不同了,由于整流罩已脱落,航天器只能靠自身来抵御外界的影响。
航天器在返回地面时,最外层与大气层产生剧烈摩擦,温度高达3000℃,它是靠什么来保护自己不被高温烧毁的呢?
原来,航天器穿了一件特制的“盔甲”。这件“盔甲”是由防热材料制成的,能保护航天器安全抵达地球。通常,防热材料的导热系数低,所以隔热能力很强;它的比热容较大,即每克物质升温1℃所需要的热量多;它的热发射率也比普通材料大,所以向外辐射热量的本领也很强。但是,要能给航天器做“盔甲”的防热材料,光有这些特点还不够,还必须具备更高强的本领。
科学家在分析天外来客——陨石时发现,它们在“闯”进地球大气层时,经受住了高温的考验,虽然表面已经熔融,但是内部物质的化学成分没有发生明显变化。受此启发,科学家研制出了一种新型的防热材料,它在高温下会发生一系列物理和化学变化,最终“粉身碎骨”、“壮烈牺牲”,但是受它保护的物质却完好无缺。这种材料又叫防热烧蚀材料。
防热烧蚀材料的种类很多,但是有一个共同特点:从固态变成液态的熔解热,从液态变成气态的汽化热,或从固态直接变成气态的升华热都很大,因此在受热烧蚀的过程中能吸收大量的热量。给航天器穿上一层层防热烧蚀材料做成的“外衣”,一层烧蚀掉了,再烧蚀一层……每一层都吸收了大量的热,最终能保护其中的航天器安全返回地球。
防热烧蚀材料有的是无机复合材料,如纤维补强陶瓷材料;有的是有机复合材料,如纤维增强酚醛塑料。不管是无机复合材料,还是有机复合材料,都含有高强度纤维。航天器在大气层中高速飞行时,除了高温高热外,还有速度快得可怕的气流冲刷它的表面,高强度纤维能减弱航天器受到这种超高速、超高温气流的伤害。