你知道不，生活中常见的金属铁在六七百摄氏度时就会变得“软塌塌”，即使钛合金在超过1000℃的环境下，力学性能也会很快下降。然而中国运载火箭技术研究院（以下简称“火箭院”）研制的航天防热材料，最高竟然可以耐近4000℃的高温！今天，我们就邀请火箭院航天材料及工艺研究所的防热材料专家姜炳扬博士，为大家介绍下火箭院的“防热材料家族”。

    防热材料，一般用于制作航天器表面的保护层，可以通过烧蚀、隔热等手段，防止高温“烧坏”其内部结构，是航天器的“保护者”。为了方便大家理解，根据防热机理的不同，姜博士大致简单地将防热材料划分为3类：

    第一类：低温隔热材料

    这种材料的代表有聚氨酯泡沫等，它主要用于低温隔热。如装着低温燃料的火箭贮箱，其外表面就会喷涂一层聚氨酯泡沫。聚氨酯泡沫的密度、强度都很低，作用就是使贮箱保持在一个适宜的温度，不让外面的“热”进来，也不让里面的“冷”散出去。

    第二类：可重复使用的防热材料

    这种材料一般通过“辐射散热”效应、内部多孔结构等起到防热效果，阻止热量向内部传递。典型代表如陶瓷基“防热瓦”，可承受温度达1500℃左右；还有一种新型材料，不但可以承受1200℃左右的高温，还具有更轻的密度和更好的隔热效果，它就是航天材料及工艺研究所研制的纳米防热材料。它可以大幅减轻防热层的重量，满足飞机黑匣子等特殊领域的防热需求。

    第三类：烧蚀防热材料

    这种材料具有“牺牲自己、保护别人”的大无畏精神。它通过分解、气化、升华等物理、化学变化，带走热量，起到防热效果。这类材料是飞行器实现再入大气层的关键，即使碰到三四千摄氏度的高温也能完成防热使命。

    在具体应用的过程中，由于航天器不同部位的防热要求不同，一型航天器经常会用到多种防热材料，有时各种防热材料还会组合使用。像我们熟悉的神舟飞船返回舱，我们所就为它量身定制了防热材料的组合方案。返回舱返回地球时经历的最高温度是1500℃~2000℃，它的外表面是低密度烧蚀防热材料，而在舷窗、大底等热流集中的部位采用了更耐烧蚀的中密度玻璃钢烧蚀材料，组合方案保证航天员所处的环境温度不超过30℃。

△神舟飞船返回舱穿过大气层效果图

△探月试验返回舱实物

    比飞船返回舱速度更快的再入式飞行器，就需要采用碳/碳复合材料，这是一种更厉害的烧蚀防热材料，它可以在超过2000℃以上的环境下使用，就算遭遇三四千摄氏度外加高速粒子冲刷也不成问题，有效保护飞行器在最恶劣的环境下安然无恙。

    这样的分类，只是让大家更直观地认识我们的航天防热材料，其实还有一些特殊功能的防热材料也非常值得为大家介绍。比如所里研制的热透波材料，就像为航天器安装了“火眼金睛”，在防两三千摄氏度高温的同时，还能让无线电通讯信号顺利通过，像这种性能的材料处于世界领先水平。

    航天领域有句行话叫“一代材料、一代装备”，材料是发展航天事业的基础、先导，今天介绍的防热材料只是其中的一部分，希望大家多多关注我们的航天材料，共同见证航天事业的发展腾飞。

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