材料保护
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由陨石受到启发,我国克服导弹、火箭材料难题

火箭和导弹的发展,一直离不开热防护材料和技术的更新,特别对导弹来说,防热技术的突破甚至可以成为弹头更新换代的主要标志。导弹弹头在再入大气层时,速度高达20-25倍声速,导弹前方的空气被强烈压缩,引起压力急剧上升,同时引起温度快速升高,最高点可达3000摄氏度以上,弹头表面温度也在2000摄氏度左右。


防热材料不仅可以保证弹头在高温环境下免遭烧毁,而且还能使导弹维持其原有的形状,从而保证弹头的落点精度。对火箭发动机而言,燃烧室的工作温度通常在3000摄氏度左右,而且由于固体发动机的特殊结构,防热只能依靠特殊的防热材料来解决。


从飞行器开始研制以来,几代航天人对防热材料进行了艰苦攻关,防热材料最初采用热沉式吸热,它是将产生的热量耗散在质量大、热容高的铜质结构中,但引起质量太大、隔热困难,这种方法很快被放弃。科学家发现,虽然陨石表面留下了很多烧蚀的痕迹,但内部却保持完好无损,受此启发,20世纪50年代开始,提出了烧蚀防热的概念,有意让其烧去外层,保护内层安全到达地球。


时至今日,烧蚀防热已经成为飞行器最为重要的热防护手段,为最终克服导弹和火箭的高温使用环境,开辟了一条先进的技术途径,这就是目前广泛应用的烧蚀材料,看起来是一块普通的塑料面板,但是就是这种貌不惊人的材料,却在导弹再入大气层时发挥了重要作用。这种材料在高温热流的作用下,能发生分级、熔化、蒸发、升华等,多种吸收热能的物理和化学变化。凭着材料自身的消耗带走大量的热量,从而达到阻止热流传入结构内部的目的。


近年来,随着我国航空航天事业的大力发展,防热材料的技术水平已经逐渐向着一些世界上的航天强国看齐。我国在防热材料的种类和技术水平等多个领域,已经取得了重要的突破,基本达到了国际先进水平。越来越先进的火箭和导弹,承载的是军工人“十年磨一剑”的不懈追求,是军工人过了一山再登一峰,跨过一沟再过一壑的奋力攀登,更是无数军工人坚持自主创新的结果。


航空业内流传一句话“一代飞机一代工艺和材料”,意思是每一款战机诞生的背后,都少不了材料的重大突破。防热材料,它的发展始终朝着更轻、更强、更高效的方向在努力,对于飞行器而言,防热材料每减重一公斤,发动机的燃料就能够节省约50公斤。所以说,轻量化始终是防热材料所追求的一个重要目标。与此同时,随着飞行器的技术发展,防热材料被赋予了更多的功能,因此就需要在防热材料智能化、精细化设计、绿色制造等多方面展开研究。