中新網10月16日電 題：防熱技術關--飛船防熱衣輕薄透
——中國神舟神箭研制的12大攻關奇跡之九
作者：劉思燕
飛船返回艙在以7.5公里/秒的速度返回降落時，表面溫度會達到攝氏七八千度，所以在返回階段，飛船的防熱設計非常重要，因為如果此時防熱出了問題，飛船必然燒毀無疑。
2001年11月，在第三屆珠海航展上出現(xiàn)的神舟一號飛船的被燒蝕得有些斑駁的返回艙，曾是展會上最吸引參觀者眼球的一道亮麗的風景。實際上，從1999年底神舟一號飛船勝利返航后，就一直停靠在北京航天城的返回艙一直承受著眾多關注的目光。默不做聲的返回艙似乎在用自己并不好看的“黑臉”向人們無聲卻自豪地訴說著飛船防熱衣的故事。
說到神舟飛船的防熱系統(tǒng)，我們有必要先來普及一下關于防熱系統(tǒng)的知識。飛船以高速進入大氣時產生的熱量足以使一般沒有防熱措施的航天器在大氣中焚毀。解決飛船再入防熱的途徑有兩個，一是設法減少來流熱量的氣動加熱；第二是設法吸收或耗散熱量。前者是氣動外型設計的研究范疇，后一個就是防熱結構設計要達到的目的。
航天器防熱結構設計的任務就是要設計出一種能經受這類加熱環(huán)境而不至于在大氣層中發(fā)生過熱和燒毀的航天器結構。用句通俗的話說就是給航天器穿上防熱衣。當然這種防熱衣是雙向的，既要能防熱又要能散熱。
防熱結構及防熱材料至今已經歷了幾代航天器的發(fā)展。最原始的防熱方法是簡單地在航天器的外表蒙上厚厚的銅或銅合金。原理是通過材料本身的熱容來吸熱；再后來防熱用上了利用材料的熱解、熔化、蒸發(fā)等方式散熱的燒蝕材料，包括石棉或玻璃等與一種叫酚醛的物質組成的無機復合材料。這種方法就是目前包括神舟飛船在內的眾多飛船所普遍采用的方法。不過早期的衛(wèi)星、飛船大多數(shù)就簡單地沿用導彈彈頭的防熱技術，在防熱材料的選擇上存在失誤，防熱材料密度過大、結構過于笨重，因而，長期以來，防熱材料的密度和重量成為影響防熱結構效果的瓶頸。
我們再來看一組數(shù)據(jù)：直徑2.5米的神舟飛船表面積有22.4平方米，目前使用的防熱材料總重量約500千克。俄羅斯的聯(lián)盟號直徑是2米，表面積是17平方米，它的防熱衣的重量是700千克。單從這個指標，我們可以說，中國飛船的防熱技術在前人的基礎上有了新的提高，所謂起點高。憑借中國人的聰明才智，因而我們的飛船防熱技術中采用的獨特的材料和先進的設計讓飛船研制的先驅國--俄羅斯的科學家也不得不另眼相看。并因此，隨著神舟一號飛船的勝利返回，飛船的防熱設計獲得了2000年度國防科學技術進步一等獎。
在國外，驗證飛船的防熱設計，往往要靠毀掉一艘飛船為代價。也就是為驗證飛船的防熱設計要專門發(fā)射一艘飛船。
而在我國，為節(jié)約成本，飛船的防熱設計同飛船的其他大多數(shù)部件一樣只能在地面模擬“練兵”，即完全靠充分的分析與地面試驗。“練兵”時出現(xiàn)了諸多“攔路虎”，像舷窗部分的防熱設計、上天之前的驗證、防熱材料的選擇、材料的尋找等等。
一個飛船上有20多個類似舷窗、傘艙、發(fā)動機艙的開孔部分，就是所謂的“窗口”部分。由于飛船防熱的雙向的要求，這么多的“窗口”就意味著將為飛船防熱設計帶來“又要封閉又要防熱”的矛盾。聰明的設計者將舷窗設計成多層，最外層采用耐高溫的材料，這種外層玻璃只隔熱但不密封，這樣就把矛盾巧妙地化解了。中間多層玻璃之間采用真空密封設計，如果有一層玻璃遭到破壞，里面的玻璃仍可繼續(xù)承擔舷窗的重任。
防熱材料的預先判斷是防熱設計遇到的又一只“攔路虎”。由于飛船表面不是一個光滑整體，上面像穩(wěn)定翼等突出部分不少，因而飛船上需要進行不同的防熱設計的部位不下12、3個，每個部位又需要5、6次的試驗，加起來就是上百次的試驗。不少大型部件如發(fā)動機罩、傘艙蓋等的試驗需要尺寸和材料全部真實的結構，而大型試驗所需的燒蝕風洞所用的電量相當于一個小城所用的電量，在國內也同樣找不到試驗場所，所以在極大多數(shù)試驗在國內進行外，少量大型試驗只好移師俄羅斯。
防熱材料是從幾十種材料中篩選出來的，由于飛船重量的限制，防熱材料要求是低密度的燒蝕材料。為進一步將重量降下來，在材料的使用上采用了蜂窩格的設計，材料的這種既有密度又有疏松的“鋪裝”設計，保證了神舟飛船穿上的是輕薄的防熱衣。但是這種防熱材料的設計當初卻頂著不小的壓力。為了打消不少人的關于神舟飛船防熱設計太輕薄的疑問，設計人員用事實說話。試驗、論證的結果驗證了聰明的中國設計師們的設計。
1998年底到1999年，神舟飛船防熱設計人員先后多次前往俄羅斯做試驗。對中國的飛船防熱設計，俄羅斯專家起初流露出的是不屑的眼神。但是幾次試驗下來，俄專家的態(tài)度開始發(fā)生了變化，由不屑變成了欽佩。以至后來為了一個在俄無法實施的項目，俄專家想到了求救于“有本事”的中國防熱專家。
