宇宙飛船的“避火衣”

“祝全國人民新年快樂！”2003年元旦，從太空傳來中國“神舟”四號宇宙飛船的新年祝福聲，2003年10月“神舟”五號載人飛船發射并安全著陸！緊接著“神舟”六號載人（雙人）宇宙飛船飛天成功，全國人民歡欣鼓舞.按照計劃，我國“神七”已于2008年9月25日升天，航天員還出艙在太空行走.

“下凡”經受火的洗禮

宇宙飛船和航天飛機從天外“下凡”返回地球，那可是一個非常復雜的難題！它們的速度要由第一宇宙速度（7.9 km/s）進入大氣層，這個速度是聲音速度的二十多倍，一般利用緩沖火箭和四面巨大的降落傘（最大的主傘面積約有1 200 m²），使速度逐漸降低.宇宙飛船返回艙最后是以3.5 m/s 左右的速度軟著陸的.

龐大的航天飛機降落到地面時的速度要比宇宙飛船返回艙大得多，因此它需要一條特殊的長跑道，在離地面150 m時起落架放下，航天飛機最后是以 90 m/s 左右的速度沖上跑道，滑行約1 500 m后停下.

在濃密的大氣層中，速度極快的宇宙飛船和航天飛機，它們的外壁由于與空氣激烈摩擦，要產生大量的熱，機頭溫度可以達到1 000℃甚至3 000 ℃，整個機身變成一個熾熱耀眼的火球（就像我們經常看到的火流星那樣）.當航天器進入距離地面60 km左右區域時，是最危險的區域.由于稠密空氣在高溫下會發生電離，所有無線電波都無法通過，無線電通訊都會暫時全部中斷，被人們稱為可怕的“黑障區”……那真是一個驚心動魄的場面！

宇宙飛船的返回艙中有航天員和珍貴儀器資料，而航天飛機中更有多名航天員.要保證宇宙飛船的返回艙和航天飛機安全“下凡”，就必須研究制造一件航天器的“避火衣”！從科學原理上講，目前只有兩種方法：一種是“燒蝕法”，另一種是“覆蓋法”.

宇宙飛船“自我犧牲”式“避火衣”

由于宇宙飛船只使用一次，科學家精心設計了一件奇妙的“避火衣”，它是用瞬時耐高溫材料制成的，這是由一種特殊纖維材料加上有機物組成的，在宇宙飛船不同部位的厚度不同.

當宇宙飛船返回艙由太空“下凡”返回地球通過大氣層時，與空氣劇烈摩擦將產生大量的熱，這件“避火衣”遇到高溫時它就會“引火燒身”，自己先燃燒起來，其中的有機物會帶走大量的熱量.更奇妙的是，“避火衣”在燃燒自己的同時，還形成了一層厚厚的多孔炭化層，緊緊地附著在返回艙的外壁，這一層炭化層具有極好的隔熱效能.這樣，宇宙飛船的“自我犧牲”式“避火衣”的巧妙設計，使返回艙中的溫度可以保持正常，一般在35 ℃以下.

我國“神舟”號宇宙飛船返回艙，外形為鐘形，外部是用耐高溫的復合材料制成.返回艙高2.5 m，直徑也為2.5 m，重量約3 t，可以載3名航天員.返回艙是航天員的座艙和宇宙飛船的指揮中心，位于飛船的中部，是密閉結構，其上端有艙門，供航天員進出軌道艙使用，返回艙是宇宙飛船中唯一再入大氣層返回地面的著陸艙段.這種自我犧牲的一次性“避火衣”使得宇宙飛船順利“下凡”返回地面，為宇航事業做出了卓越貢獻！

航天飛機“金縷玉衣”式“避火衣”

宇宙飛船只使用一次，而航天飛機要在地球和太空之間往返75次～100次，因此一次性“避火衣”就不適用了.科學家必須找到一種耐高溫又不會被燒壞的“避火衣”！

是什么材料呢？原來是陶瓷，它是新型復合高溫陶瓷.這種復合高溫陶瓷瓦片主要由兩部分構成，外層包覆的是高輻射陶瓷材料，內部是導熱系數非常低的耐高溫陶瓷纖維.外面顏色有白的，有黑的，顏色不一樣，給人的感覺很堅實，但拿起來很輕，密度（九年級將學到）才200 kg/m³，是水的密度的.

航天飛機的外型很像一架三角翼飛機，形狀比起宇宙飛船的返回艙要復雜多了.要想為它穿上嚴嚴密密的陶瓷“外衣”十分困難.科學家精心設計了31 000塊陶瓷瓦片，每塊長15 cm～20 cm、厚0．5 cm～9 cm，每片價值2 000美元～3 000美元.使用時再把它們拼接起來，仿佛中國古代的“金縷玉衣”一般，非常合身.這些陶瓷片對照工藝圖紙，一一對號入座，利用一特殊“高效阻燃膠”，用手工一片一片粘貼到飛機上，后來研制出專業機器人，才提高了粘貼速度.這件超級“金縷玉衣”——航天飛機“避火衣”達10 t，價值達三億六千萬美元.

1981年4月，美國“哥倫比亞”號航天飛機就是“穿”著這件昂貴厚重的“避火衣”，順利完成了太空考察.在以后幾次航天飛行中，都獲得了成功.

責任編輯 蔡華杰