飞船|飞船返回地球舱外高达2000度，全靠这种材料为宇航员隔热( 二 )
我们这个飞船防热材料占整个系统结构重量的占比是45% ， 如果我们把这个防热材料的密度降低10% ， 也可以节约出58公斤的重量 ， 相当于一个航天员的重量 ， 所以减重是非常有必要的 ， 即使它的代价是8000块钱每公斤 ， 依旧非常划算 。
除了减重以外 ， 我们还要考虑飞船的一些其他应用空间的环境问题 ， 虽然我们这个材料最终使用的时候只有最后10分钟 。 但是前期要经历一个空间环境 ， 就在轨道上 。 我们人类非常幸运 ， 在地球上待着 ， 有大气层的保护 ， 所以一年四季的温差 ， 也就是零下20多度到零上30度的样子 ， 一天内的温度差也不会特别大 。
但是在轨道上就没有这么幸运了 。 轨道的温度从零下120度到零上120度 ， 神舟飞船在上面每90分钟 ， 就要经历这样一个高低温交变循环 。 任何材料都是会发生热胀冷缩的 ， 而且每种材料的膨胀收缩率又不一样 ， 如果把防热材料和里面的承力结构材料硬捆在一起 ， 又不做任何处理 ， 应力就足以使防热层开裂 ， 当然后续返回的时候就会发生不能想象的一个后果了 。
美国的阿波罗飞船是怎么解决这个问题的呢？它在防热层和承力层之间又加了滑动桁条 ， 用来补偿这两者之间的不匹配 。 但是神舟飞船不是这样做的 ， 就是把防热层直接粘接在承力层壳体上 ， 这样的话结构简单了 ， 而且重量也小了 ， 但问题是使两者匹配的压力全部都落在了防热层研制上 。
这些美丽的照片是航天员通过舷窗拍摄的地球的照片 。 舷窗是航天员观察飞船状态 ， 进行一系列空间科学试验非常重要的窗口 ， 但是挥发分会使这个窗口看不清楚 ， 就比较像咱们的汽车玻璃起雾结冰那样 。
水在地球上是液态的 ， 但是在太空这个真空环境中 ， 它就会汽化 。 也就是说 ， 地球上很多这种液态的低分子的化合物 ， 它在太空中都会汽化 ， 我们这个防热材料就必须避免这个现象 。
前面说了我们这个材料是蜂窝增强的形式 ， 这个材料是怎么成型出来的？美国是单孔灌注技术 ， 从阿波罗飞船开始 ， 一直到2010年新的猎户座大底 ， 一直都用这个方法 。
图片中这个是猎户座大底 ， 直径有5米 ， 每一个蜂窝的内径只有6毫米 ， 这个大底密布了33万个蜂窝 ， 成型的时候就是这样一圈人 ， 围着这个大底 ， 一个一个进行灌注 ， 最后这个大底用了差不多5个月的时间才完成灌注 。
但是我们没有用这样的方法 ， 我们是用一个热压罐的设备 ， 通过这个设备我们就是把这个材料整齐码放在蜂窝格子的上部 ， 上面糊上一个真空带 ， 整个体系里面抽着真空 ， 外面通过设备对它进行加压 ， 通过内外压差 ， 就让材料整体压到了蜂窝里 。
这个工艺非常简单 ， 它还有一个好处 ， 这个产品的尺寸有多大 ， 只需要选用一个相应尺寸的热压罐 ， 就可以一次成型 ， 整个过程前后不会超过8个小时 。
大家可能会想 ， 第一次听到美国人还挺傻 ， 比我们中国人落后这么多 。 其实不是这样 ， 这个工艺本身并没有什么稀奇的 ， 关键是怎么让物料满足工艺的使用要求 ， 在灌注前可以整齐码放 ， 灌注以后又可以均匀的填充在蜂窝格子里 。 我们梳理了一下这样的条件 ， 有20多项 ， 同时满足这20多个条件难度是很大的 ， 最终神舟飞船用的H88和H96这两种材料 。
大家有没有觉得很奇怪 ， H88、H96 ， 这两个材料的命名好奇怪 。 是这样的 ， 虽然有很多的理论与研究基础 ， 但是这个材料的配方依旧是需要大量的试验才能得出来的 。 我们科研人员要对这些材料进行编号 ， 横坐标是ABCD这样的字母 ， 纵坐标是1到99这样的数字 。 这样下来 ， 一个正交矩阵 ， 差不多也有八九百个配方 。 在这么多配方里 ， H88和H96满足了所有性能的要求 。
我刚接到这个演讲任务时 ， 大家都跟我说让我讲讲神舟飞船背后的故事 ， 其实我不是很有底气 。 因为我们这个材料研制得很早 ， 1986年的时候就开始研制了 。 1986年的时候我们做了863课题 ， 在1992年的时候通过载人飞船的专项技术攻关 ， 通过了十年的技术积累 ， 1999年的时候取得了首飞成功 。
接下来在2003年的时候 ， 神舟载人飞船首发成功之后 ， 我们这个材料基本上就定型了 ， 再没有什么变化 。 直到2011年探月工程的牵引下 ， 我们才开始了新材料的研制 ， 2014年返回舱也取得了首飞成功 。
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