烧蚀材料-宇宙飞船的隔热衣
2018-08-31 12:56:13
作者:本网整理 来源:云端学习
烧蚀材料
一种固体防热材料,主要用于导弹头部、航天器再入舱外表面和火箭发动机内表面。
这种材料在热流作用下能发生分解、熔化、蒸发、升华、侵蚀等物理和化学变化,借材料表面的质量消耗带走大量的热,以达到阻止再入大气层时(见航天器返回技术)的热流传入飞行器内部并冷却火箭发动机燃烧室和喷管的目的。
所谓烧蚀,也就是导弹和飞行器再入大气层时在热流作用下,由热化学和机械过程引起的固体表面的质量迁移(材料消耗)现象。
高速飞行的陨星进入大气层与空气剧烈摩擦,会发生猛烈燃烧而发出的光亮。当宇宙航天器完成任务返回地球时,面临着与陨星同样的残酷生存环境。
研究表明,当宇宙飞行器的飞行速度达到3倍声速时,其前端温度可达330℃;当飞行速度为6倍声速时,可达1480℃。
宇宙飞行器邀游太空归来,到达离地面60~70千米时,速度仍然保持在声速的20多倍,温度在10 000℃以上,这样的高温足以把航天器化作一团烈火。
高速导致高温,这似乎是一道不可逾越的障碍,人们把这种障碍称为热障。
显然热障并没有阻挡住人类挺进宇宙的步伐,那么科学家们是如何克服热障。
陨石穿越太空到达地球的神奇经历给了科学家们以特殊的启迪。
分析陨石的成分和结构发现,陨石表面虽然已经熔融,但内部的化学成分没有发生变化。
这说明陨石在下落过程中,表面因摩擦生热达到几千度高温而熔融,但由于穿过大气层的时间很短,热量来不及传到陨石内部。给宇宙飞行器的头部戴一顶用烧蚀材料制成的“盔甲”,把摩擦产生的热量消耗在烧蚀材料的熔触、气化等一系列物理和化学变化中,“丢卒保车”,就能达到保护宇宙飞行器的目的。
导弹和航天器再入大气层时,处于严重的气动加热环境中,温度急剧升高。
洲际导弹如以马赫数20~25再入大气层,头部驻点温度可高达8000~12000°C,如不采取特别措施来克服气动加热所造成的“热障”,弹头便会在空中烧毁。
解决再入时的防热问题是发展中、远程导弹的一项极为重要的技术。
由于烧蚀材料的发展和应用,洲际导弹的战斗部才有可能再入大气层命中目标,载人飞船和航天飞机才有可能按预定轨道返回地面。
一位宇航员描述了宇宙飞船闯过热障的壮观景象:飞船进入大气层,首先从舷窗中看到烟雾,然后出现五彩缤纷的火焰,同时发出噼噼啪啪的声音。这是飞船头部的烧蚀材料在燃烧,它们牺牲了自己,把飞船内的温度始终维持在常温范围,保护飞船平安返回地面。
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