防热材料哪家强？天问一号告诉你

Original 航天科技一院 中国运载火箭技术研究院 Today

大家好，我是天问一号。别急，在回答防热材料哪家强这个问题之前，我先给大家讲个故事。故事的名字就叫——

“恐怖9分钟”！

在宇宙里一会儿冷一会儿热的飞了295天后，着陆火星时，我体验了一把很多前辈探测器都搞不定的“恐怖9分钟”。

为啥恐怖？你想呀，我在下落时，要在短时间内，从约2万千米/小时的时速一直减速，那可真是“一路火花带闪电”。

别看火星的大气密度只有地球的1%，但还绝没到可以忽略不计的程度。而且火星大气中二氧化碳占95%，氮气占3%。经历高温灼烤的着陆器，在有别于地球大气的环境下，将发生更加复杂的物理化学反应。

下降时，我会和火星大气产生剧烈摩擦，摩擦生热懂吧？同样的道理我的表面温度会飙高，像一颗流星经历高温灼烤，如果不进行有效防护，我可是会烧毁在火星的大气层中。

嗯，我扛过来了！

你问我怎么扛过来的？

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咳咳~两个问题一并回答，其实答案是这样的。

因为我穿着火箭院航天材料及工艺研究所研制的“防热服”。

实话实说，不能代表蓝星领先水平，我都不好意思大老远穿到火星去！

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航天材料及工艺研究所量体裁衣地为我设计研制了三种防热材料，这三种材料做成的防热服，护着我安全着陆红色星球。

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在气动加热最严重的大底结构及大底拐角部位采用了超轻质的蜂窝增强烧蚀防热材料

蜂窝增强低密度烧蚀防热材料可是我们空间飞行器防热界的一员“老将”。“神舟”系列载人飞船、月地高速载入返回飞行器、“嫦娥五号”月球探测器等飞行器上，都有它的贡献。

不过这次我的防热服，采用了经过特别优化设计的新型超轻质蜂窝增强低密度烧蚀防热材料。跟“前辈”们身上的相比，它强度更高、密度更低，每平方米可承受1.5兆瓦的热流环境，可耐受火星大气以二氧化碳为主的特殊气动加热环境。

研制团队根据我不同部位承受的气动载荷，对材料的蜂窝格子进行加厚优化设计，虽然是加厚，却让整个结构更轻了。同时，我的大底结构的直径达到3.4米左右，包括约70000个蜂窝格子，研制团队采用整体成型工艺，确保了在如此多的蜂窝格子中材料一次性灌注到位，优秀！不论是成型效率、成型质量，还是成型可靠性，超轻质蜂窝增强低密度烧蚀防热材料可都代表了蓝星领先水平！

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在需要维持探测器整体形状的上、下边缘和结构支撑部位采用了连续纤维增强中密度防热结构一体化材料

由于火星距离地球较远，为使运载火箭推送得更远，我不能太重，需要尽可能“压榨”防热结构及材料重量。所以，研制团队还研制了连续纤维增强中密度防热结构一体化材料，既能满足结构要求，又具备轻质特点。

这种材料主要用于我的大底及背罩防热结构的舱盖、封边环、埋件、螺塞等零部件，相比较低密度材料，其强度更高，密度约为0.9克/立方厘米，兼顾了耐烧蚀和承载能力。该材料使用了三元长纤维组成的SPQ纤维布增强体系，并将轻质填料引入到连续纤维增强的预浸料中，实现了对传统连续纤维增强烧蚀防热材料的轻质化。

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在气动加热较为缓和的背罩部位喷涂了大面积超低密度防热涂层材料

下落时我的大底是直面火星大气冲刷，要承受的温度也最高。但背罩结构在侧面，所以受到的热流相对低。

为了不给我增加负重，本着精打细算的“持家原则”，研制团队研制出密度仅为0.28克/立方厘米左右的超低密度防热涂层材料，热导率低至约0.06瓦每米开，不仅隔热性能优良，也能给着陆器减重，基本热物理性能达到了蓝星先进水平。

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最后，再次感谢火箭院航天材料及工艺研究所的研制团队，是你们攻坚克难，精益求精，让这三种材料亲密合作，协同作战，为我打造了这样一件安全、合身的防热服，真好。

文稿：高诗淇  梁馨  李翔  范海波