中国粉体网讯 4月16日，神舟十三号载人飞船返回舱承载三名航天员在东风着陆场成功着陆，谱写了我国载人航天和空间站建设新篇章。
返回舱体仅局部发黑
同时，我们都注意到了本次返回舱体并不像此前载人航天任务返回舱那么黑，甚至还有些“亮得刺眼”，朋友圈不禁纷纷在感叹：看来我们的耐热烧蚀材料又进步了！
神舟十三号飞船在返回地面的初始速度大约为7.9千米每秒，也就是第一宇宙速度，差不多是声速的23倍。当飞船穿过浓稠的大气层时，飞船外壁会与空气发生剧烈的摩擦，并产生大量的热量。这种和空气高速摩擦所产生的热量有多厉害呢？对于主要成分是铁和镍的陨石，当它坠落进大气层时，表面的温度最高可以达到3000摄氏度，所以小一点的陨石在这种温度下就会完全灰飞烟灭。
那么神舟十三号飞船是如何承受这样的高温呢？
全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩在接受科技日报记者采访时表示，为了确保舱内温度依然舒适，科研人员在舱体表面设计了防热涂层，敷设有一层烧蚀材料，当温度达到一定程度时烧蚀材料升华脱落，带走大量热量。神十三返回舱在着陆后，舱体并不像此前载人航天任务返回舱那么黑，很可能是烧蚀材料有了改进，“返回舱的灼烧或许与这些新材料有关。”
航天科技集团一院703所、神舟十三号返回舱防热结构专项主任工程师梁馨向记者介绍了一种密度稍微低一点的蜂窝增强的烧蚀防热材料。她讲到：“蜂窝它有一个比较大的特点，它也就是说在同样密度的情况下，它的强度是最高的，所以这也是说我们选择了蜂窝这个结构”。
至此我们知道，载人飞船承受高温离不开一种材料，即烧蚀材料。在返回舱和大气剧烈摩擦过程中，烧蚀材料会蒸发升华和分解，此过程将带走绝大部分热量，同时配合陶瓷/气凝胶等隔热材料，从而保护返回舱的安全。
探一探神奇的烧蚀材料
由于高可靠性、高性价比、装配工艺简捷，树脂基烧蚀防热材料至今仍然被认为是最有效、最可靠、最成熟和最经济的一种热防护方式，在飞船、返回式卫星、导弹等众多航天飞行器热防护系统中大量使用。我国树脂基烧蚀防热材料在国防装备需求牵引下，经过玻璃／酚醛、石英/酚醛和碳／酚醛三个里程碑式的发展后，材料体系逐步建立并完善起来。
1、蜂窝增强低密度防热材料
以AVCOAT为代表的蜂窝增强低密度烧蚀防热材料的发明与应用起源于美国20世纪60年代“阿波罗计划”，其主要是以酚醛蜂窝格子作为支撑，环氧－酚醛树脂为基体树脂，添加石英纤维和空心酚醛微球等轻质填料制备而成的。我国在载人航天工程的牵引下，针对神舟飞船返回舱弹道特点开发了H88和H96两种典型的蜂窝增强LAC材料。其通过物理共混的方式掺杂石英短纤维、酚醛微球、玻璃微球等轻质功能填料，通过整体成型工艺快速填充到玻璃钢蜂窝格子中。
2、SPQ系列材料
我国在探月工程以及新型航天飞行器的推动下，基于斜缠模压工艺开发了SPQ系列中低密度石英／酚醛、玻璃／酚醛体系防热材料。SPQ材料主要特点是在酚醛树脂基体中添加大量的酚醛微球、玻璃微球、陶瓷粉体等轻质功能填料，以石英纤维和功能纤维编织而成的二维织物为增强相，制成轻质杂化预浸料，通过调整增强体和树脂基体配方，制备满足不同防热需求的SPQ系列材料。
3、防隔热一体化低密度树脂基防热材料
20世纪90年代，为满足深空探测、空天往返等先进航天飞行器的防热和隔热需求，进一步压缩热防护系统在总系统的质量占比，以美国为主的航天强国相继开发出新型防隔热一体化超低密度烧蚀防热材料。这类材料的共同特点具有超低密度（≤0.35g/cm3），超低热导率，防热和隔热功能兼容。我国在探月工程月地高速再入返回器和新型航天飞行器热防护系统设计中，针对再入轨道高热流峰值、高焓值、长时加热和有氧气氛的热环境特点，多家研究单位和高校（如：航天材料及工艺研究所、哈尔滨工业大学、华东理工大学等）同期开展了新型低密度防隔热一体化材料的研制工作。
此外，除了采用烧蚀材料外，还可以利用导热性能好、熔点高、热容量大的钛合金等复合金属材料制作“避火衣”。这些材料吸热性好，能够在大气层的气动加热过程中吸收大量的热量，将其储存在外层中，保护舱体不受高温腐蚀。另外，还可以给舱体涂抹隔热涂料防止燃烧。其中，陶瓷材料和气凝胶材料是较为出色的隔热材料。
科研院所新材料助力神舟十三号回家
上海硅酸盐研究所
中国科学院上海硅酸盐研究所研制的长寿命低比值无机热控涂层、耐高温隔热材料与组件、返回舱舷窗防烧蚀污染涂层、姿控发动机热防护材料、舱内通道照明和仪器仪表等多种载荷表面高辐射热控涂层、舷窗玻璃及光学涂层、返回舱防热天线窗、消杂散光涂层以及不锈钢灰色化学转换热控涂层等十余种涂层与材料得到应用，为神舟十三号载人飞船任务的顺利完成做出重要贡献。
其研制的返回舱舷窗防烧蚀污染涂层在经历183天在轨舱外运行后依旧保持了优异的自清洁功能，保证了返回舱返回大气层过程中窗口受到烧蚀材料挥发污染后仍具有清晰的透明度，保证了宇航员在返回过程中能通过窗口随时有效观察外部情况，也为地面搜救队员在飞船着陆后能首先通过窗口观察舱内状态提供了保障。
中国建材
中材科技所属北玻有限研制的神舟十三号载人飞船关键部位用防/隔热一体中密度预混料，在返回舱以数千米每秒的速度与大气层发生剧烈摩擦，燃起2000多摄氏度高温火焰情况下，有效发挥防/隔热作用，维持返回舱内的适宜温度，确保航天员生命健康。
中材科技所属南京玻纤院特种纤维公司研发的高强纱分别应用于神舟十三号载人飞船返回舱的隔热层，完全满⾜返回舱“耐⾼温、保温、坚固”要求，为火箭发射、飞船和天和核心舱对接、航天员安全返回提供了可靠的保障。
北新建材所属北新灯塔以高品质的涂料产品，为神舟系列载人飞船提供“零缺陷”保障，护航神舟十三号凯旋。作为国内航天领域涂层防护的领导品牌，灯塔涂料多次参与历史性的伟大项目，我国“神舟”系列载人航天工程、“嫦娥”系列绕月卫星、“长征”系列运载火箭、“天宫一号”空间站等等所选用的均为“灯塔牌”涂料，展现了北新灯塔在航空航天领域过硬的技术实力。
济南圣泉集团研制的酚醛空心微球应用于神舟十三号载人飞船返回舱。自神舟八号开始，该产品已经连续应用于神舟飞船返回舱。酚醛空心微球具有耐烧蚀、保温隔热、吸收电磁波等特点。返回舱与大气摩擦会产生大量的热，能达到上千度高温，将酚醛空心微球应用到返回舱外层之后，可使返回舱内温度保持在安全范围内，为返回舱元器件正常工作、航天员安全保驾护航。
中国建材总院所属石英院制造的耐辐照石英玻璃，具有耐宇宙射线截紫外的功能，特别适用于高轨卫星的太阳敏感器光学窗口，具有在轨服役时间长、性能稳定等优点。“嫦娥”“北斗”“神舟”都用到了它！
参考来源：
[1]冯志海等.航天飞行器热防护系统低密度烧蚀防热材料研究进展
[2]神舟十三号返回舱的“防热衣”有何奥秘？记者零距离探访.央视新闻
[3]为啥神十三返回舱不仅能直立落地，还不像以往那样黑？.科技日报
[4]中国建材杂志、上海硅酸盐研究所
（中国粉体网编辑整理/山川）
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