中新网10月16日电 题：防热技术关--飞船防热衣轻薄透

　　——中国神舟神箭研制的12大攻关奇迹之九

　　作者：刘思燕

　　飞船返回舱在以7.5公里/秒的速度返回降落时，表面温度会达到摄氏七八千度，所以在返回阶段，飞船的防热设计非常重要，因为如果此时防热出了问题，飞船必然烧毁无疑。

　　2001年11月，在第三届珠海航展上出现的神舟一号飞船的被烧蚀得有些斑驳的返回舱，曾是展会上最吸引参观者眼球的一道亮丽的风景。实际上，从1999年底神舟一号飞船胜利返航后，就一直停靠在北京航天城的返回舱一直承受着众多关注的目光。默不做声的返回舱似乎在用自己并不好看的“黑脸”向人们无声却自豪地诉说着飞船防热衣的故事。

　　说到神舟飞船的防热系统，我们有必要先来普及一下关于防热系统的知识。飞船以高速进入大气时产生的热量足以使一般没有防热措施的航天器在大气中焚毁。解决飞船再入防热的途径有两个，一是设法减少来流热量的气动加热；第二是设法吸收或耗散热量。前者是气动外型设计的研究范畴，后一个就是防热结构设计要达到的目的。

　　航天器防热结构设计的任务就是要设计出一种能经受这类加热环境而不至于在大气层中发生过热和烧毁的航天器结构。用句通俗的话说就是给航天器穿上防热衣。当然这种防热衣是双向的，既要能防热又要能散热。

　　防热结构及防热材料至今已经历了几代航天器的发展。最原始的防热方法是简单地在航天器的外表蒙上厚厚的铜或铜合金。原理是通过材料本身的热容来吸热；再后来防热用上了利用材料的热解、熔化、蒸发等方式散热的烧蚀材料，包括石棉或玻璃等与一种叫酚醛的物质组成的无机复合材料。这种方法就是目前包括神舟飞船在内的众多飞船所普遍采用的方法。不过早期的卫星、飞船大多数就简单地沿用导弹弹头的防热技术，在防热材料的选择上存在失误，防热材料密度过大、结构过于笨重，因而，长期以来，防热材料的密度和重量成为影响防热结构效果的瓶颈。

　　我们再来看一组数据：直径2.5米的神舟飞船表面积有22.4平方米，目前使用的防热材料总重量约500千克。俄罗斯的联盟号直径是2米，表面积是17平方米，它的防热衣的重量是700千克。单从这个指标，我们可以说，中国飞船的防热技术在前人的基础上有了新的提高，所谓起点高。凭借中国人的聪明才智，因而我们的飞船防热技术中采用的独特的材料和先进的设计让飞船研制的先驱国--俄罗斯的科学家也不得不另眼相看。并因此，随着神舟一号飞船的胜利返回，飞船的防热设计获得了2000年度国防科学技术进步一等奖。

　　在国外，验证飞船的防热设计，往往要靠毁掉一艘飞船为代价。也就是为验证飞船的防热设计要专门发射一艘飞船。

　　而在我国，为节约成本，飞船的防热设计同飞船的其他大多数部件一样只能在地面模拟“练兵”，即完全靠充分的分析与地面试验。“练兵”时出现了诸多“拦路虎”，像舷窗部分的防热设计、上天之前的验证、防热材料的选择、材料的寻找等等。

　　一个飞船上有20多个类似舷窗、伞舱、发动机舱的开孔部分，就是所谓的“窗口”部分。由于飞船防热的双向的要求，这么多的“窗口”就意味着将为飞船防热设计带来“又要封闭又要防热”的矛盾。聪明的设计者将舷窗设计成多层，最外层采用耐高温的材料，这种外层玻璃只隔热但不密封，这样就把矛盾巧妙地化解了。中间多层玻璃之间采用真空密封设计，如果有一层玻璃遭到破坏，里面的玻璃仍可继续承担舷窗的重任。

　　防热材料的预先判断是防热设计遇到的又一只“拦路虎”。由于飞船表面不是一个光滑整体，上面像稳定翼等突出部分不少，因而飞船上需要进行不同的防热设计的部位不下12、3个，每个部位又需要5、6次的试验，加起来就是上百次的试验。不少大型部件如发动机罩、伞舱盖等的试验需要尺寸和材料全部真实的结构，而大型试验所需的烧蚀风洞所用的电量相当于一个小城所用的电量，在国内也同样找不到试验场所，所以在极大多数试验在国内进行外，少量大型试验只好移师俄罗斯。

　　防热材料是从几十种材料中筛选出来的，由于飞船重量的限制，防热材料要求是低密度的烧蚀材料。为进一步将重量降下来，在材料的使用上采用了蜂窝格的设计，材料的这种既有密度又有疏松的“铺装”设计，保证了神舟飞船穿上的是轻薄的防热衣。但是这种防热材料的设计当初却顶着不小的压力。为了打消不少人的关于神舟飞船防热设计太轻薄的疑问，设计人员用事实说话。试验、论证的结果验证了聪明的中国设计师们的设计。

　　1998年底到1999年，神舟飞船防热设计人员先后多次前往俄罗斯做试验。对中国的飞船防热设计，俄罗斯专家起初流露出的是不屑的眼神。但是几次试验下来，俄专家的态度开始发生了变化，由不屑变成了钦佩。以至后来为了一个在俄无法实施的项目，俄专家想到了求救于“有本事”的中国防热专家。