對抗極端空間環境的神奇材料

空間環境是指由電場、磁場、引力場、電磁輻射、空間碎片、流星體以及各種帶電粒子和中性粒子所構成的宇宙空間環境。

我們知道，宇宙空間環境存在極高的真空特性，因此熱量的傳遞方式與地面迥異。熱傳導、熱對流與熱輻射3種熱量傳遞的途徑，在高真空的太空環境里只剩下了熱輻射這一種。所以，利用材料表面的熱輻射特性，是航天器熱控制的一個主要技術手段。而熱控涂層這層“外衣”就是專門用來調整物體表面熱輻射性質，從而達到溫度控制目的的表面材料。

中國早期神舟系列飛船返回艙表面的熱控涂層材料，熱輻射性能變化范圍較大。這是由于早期飛船，或者飛船與天宮空間站對接的組合體結構相對簡單，熱環境也較為簡單、周期短，任務周期內的空間外熱流（航天器在軌道運行時，到達其外表面上的各種空間輻射熱源）變化較小。

隨著中國空間站的建設，空間站尺寸和結構較天宮一號目標飛行器、天宮二號目標飛行器已發生顯著的變化，神舟飛船與空間站組合體的飛行姿態較為復雜，任務軌道增加了多種新的飛行姿態，新的飛行姿態會出現神舟飛船艙體被空間站其他艙段遮擋、長期無法被太陽輻照的情況。

神舟飛船受空間站和貨運飛船等飛行器的遮擋，低溫工況下的空間外熱流顯著降低，最低溫度可低于零下100攝氏度；而當空間站處于某些構型時，神舟飛船局部區域會持續受太陽輻照，持續受輻照區域會出現極高溫度，最高可超過100攝氏度。因此，早期使用的熱控涂層材料已不能適應新需求。于是，從2021年發射的神舟十二號載人飛船開始，中國航天人為飛船返回艙“穿上”了銀色的“新外衣”。

呵護神舟飛船的新“外衣”

航天科技集團五院529廠的航天工程師利用宇宙空間以熱輻射為主要熱量傳導方式的特點，為空間站階段的神舟飛船家族設計并研制了一款神奇的控溫外衣——低吸收-低發射型熱控涂層。

低吸收指的是涂層材料自身具有極少太陽光吸收特性，可有效減弱太陽輻照造成的溫度升高；而低發射指的是涂層具有極低的紅外發射率，可有效阻隔飛船內部向深冷環境的輻射漏熱，避免艙內溫度不斷降低。這就保障了空間站階段神舟飛船返回艙在長期的極端高、低溫環境下，依然能夠保持正常“體溫”。

同時，這件新“外衣”可以抵抗宇宙空間中的高能紫外輻照、高能帶電粒子以及原子氧轟擊等環境因素導致的老化和剝蝕，在極端空間環境下也能保持溫控穩定性。

讓我們一起期待中國航天人書寫更壯麗的篇章！

責任編輯｜趙青云

運營編輯｜趙青云

質量審核 | 王維嘉

圖文來源 | 《知識就是力量》雜志《飛到太空學化學——中國空間站里的化學》，撰文/平托、何軍、丁為（航天科技集團五院529廠），原文有刪改，原創作品轉載請注明來源。

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