飞到太空学化学
作者 平托 何军 丁为
发表于 2023年7月

5月30日9时31分,景海鹏、朱杨柱、桂海潮3名航天员搭乘神舟十六号载人飞船,在长征二号F运载火箭的托举下,从东风航天城点火升空,开启为期约5个月的太空之旅。不仅日常生活中处处包含着化学,中国空间站里也离不开化学,让我们去看看吧!

对抗极端空间环境的神奇材料

空间环境是指由电场、磁场、引力场、电磁辐射、空间碎片、流星体以及各种带电粒子和中性粒子所构成的宇宙空间环境。

我们知道,宇宙空间环境存在极高的真空特性,因此热量的传递方式与地面迥异。热传导、热对流与热辐射3种热量传递的途径,在高真空的太空环境里只剩下了热辐射这一种。所以,利用材料表面的热辐射特性,是航天器热控制的一个主要技术手段。而热控涂层这层“外衣”就是专门用来调整物体表面热辐射性质,从而达到温度控制目的的表面材料。

中国早期神舟系列飞船返回舱表面的热控涂层材料,热辐射性能变化范围较大。这是由于早期飞船,或者飞船与天宫空间站对接的组合体结构相对简单,热环境也较为简单、周期短,任务周期内的空间外热流(航天器在轨道运行时,到达其外表面上的各种空间辐射热源)变化较小。

随着中国空间站的建设,空间站尺寸和结构较天宫一号目标飞行器、天宫二号目标飞行器已发生显著的变化,神舟飞船与空间站组合体的飞行姿态较为复杂,任务轨道增加了多种新的飞行姿态,新的飞行姿态会出现神舟飞船舱体被空间站其他舱段遮挡、长期无法被太阳辐照的情况。

神舟飞船受空间站和货运飞船等飞行器的遮挡,低温工况下的空间外热流显著降低,最低温度可低于零下100摄氏度;而当空间站处于某些构型时,神舟飞船局部区域会持续受太阳辐照,持续受辐照区域会出现极高温度,最高可超过100摄氏度。因此,早期使用的热控涂层材料已不能适应新需求。于是,从2021年发射的神舟十二号载人飞船开始,中国航天人为飞船返回舱“穿上”了银色的“新外衣”。

呵护神舟飞船的新“外衣”

航天科技集团五院529厂的航天工程师利用宇宙空间以热辐射为主要热量传导方式的特点,为空间站阶段的神舟飞船家族设计并研制了一款神奇的控温外衣——低吸收-低发射型热控涂层。

本文刊登于《知识就是力量》2023年7期
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