航天工業中的化學知識

苗天宇（軍事交通學院一營三連，天津　301811）

航天工業中的化學知識

苗天宇（軍事交通學院一營三連，天津301811）

科學技術的發展與進步，使得我國的航天事業也在不斷的蒸蒸日上，根據相關報道，“天宮二號”空間實驗室將于2016年的上半年確定發射，它是繼“天宮一號”之后，我國自主研發的第二個偉大的航天成就，屆時會利用它做出一系列有意義的空間試驗，并研究空間的交會對接技術，它也將會完成有效載荷等等的一些非常重要而又復雜的科研項目，初步計劃，2018年左右發射空間站核心艙，利用它完成一系列既定的試驗任務，2022年左右，爭取實現空間站的建設。由此可見，我國的航天事業真的是在不斷突破技術，并在不斷超越他國，取得了一個又一個的進展，當然這離不開航天工作者的辛勤勞動，更離不開研發設計者們的智慧，仔細分析下不難發現，航天設備的本體以及設計也包含了很多的化學知識，下面就分別詳細的介紹一下。

1　火箭殼體材料

根據我們的一般常識性知識，火箭在飛行過程中，速度可以達到八公里/s，因為與大氣的摩擦，加之如此的高速飛行，殼體會達到幾千度的高溫，因此選擇極耐高溫的殼體材料是至關重要的。

通常說來，殼體材料是由幾類合金做成的，主要包括鈦、鈹、鋁等。但是具有金屬性質的這些合金材料都有很強的傳熱性能，如果火箭的殼體在飛行過程中直接與大氣摩擦接觸，殼體直接遇到那幾千度的高溫環境，那么殼體的高溫會極快傳遞給殼體內部，使得火箭內部的各種控制設備和各種元器件受到高溫破壞，無法正常工作，那么火箭也無法順利完成飛行任務。為了使火箭內部的各種元器件免遭損壞，人們想到了一種化學科學中的知識來解決這一難題，那就是給火箭的殼體涂上一層特殊的材料，這種材料又輕又薄，關鍵是耐高溫，還隔熱，它就是耐燒蝕隔熱涂料，有了這種材料涂在殼體外側，火箭就好像穿上了一件特別的衣物，飛行過程遇到高溫的時候，材料中的升華物質能夠逐漸揮發掉，而且特殊的有機樹脂還產生了一種碳化層，隔絕掉了大部分的熱量，猶如一個強大的屏障保護了火箭的殼體以及內部的各種儀器，元器件，保證了火箭的順利正常飛行。

2　火箭的燃料

火箭的液體燃料常用的有：偏二甲肼、液氫等，固體燃料常用的有：聚丁二烯、硝酸酯增塑聚醚等，還有所需的氧化劑常用的是N2O4，液態氧等。我國用于發射“嫦娥三號”的火箭，是以偏二甲肼作為燃料，以四氧化二氮作為氧化劑，兩者反應的原理是，C2H8N2和N2O4反應生成二氧化碳，水和氮氣，從化學應用的角度來看，此反應的優勢在于生成的氣體沒有毒，沒有污染，而且釋放出的能量足夠達到可以推動火箭發射飛行，但是壞處是反應物有毒，因此在給火箭裝燃料時必須小心謹慎，保證嚴守操作的規范步驟，不能有一絲一毫的差錯。

3　電能的來源

目前航天器利用的主要是太陽能電池和鎳氫蓄電池。當面對太陽時就是太陽能電池帆板發電的時候，上面的發電材料主要還是用的半導體硅片或者也有的用砷化鎵片，它們的作用就是在太陽照射的時候，把太陽能蘊含的光能轉換為可以利用的電能，這些電能可以分為不同的用途，一部分是直接利用給航天器設備完成飛行任務，另一部分則是需要儲存在蓄電池中，一般是鎳氫蓄電池，它是20世紀90年代興起的一種獨特的綠色電池，可以儲存很高的能量，具有很長的壽命，正好利用它儲存的電能可以供給航天器不面對太陽的時候使用，最關鍵的是它是一種沒有污染的電池，用到的化學反應式是：：MH+，M是指儲氫合金，MH則是指一種特

殊的吸附了氫原子的儲氫合金。

4　航天器的材料

為保證航天器的正常使用，設計制造航天器的材料通常選用抗阻燃無毒材料，就是在高分子材料中加入無機阻燃劑，這樣做出的材料熱穩定性好，不會揮發，阻燃無毒，也不會產生二次污染等，其中的無機阻燃劑，它所用到的化學機理就是，受熱分解，放出大量水蒸氣，這個反應需要帶走材料本身大量的熱量，因此表溫大降，從而極大的降低了高分子材料的燃燒率，反應生成的產物與燃燒時塑料表面的炭化產物生成了一層保護膜阻斷了可燃性氣體的露出也阻斷了它的燃燒所需的養料。

5　太空防輻射措施

太空內的輻射強度太大，比如如果航天器上的太陽能電池直接暴露于太空中，則高能輻射很可能會擊穿電池，從而損壞電池的正常功用，因此航天器必須要有足夠充分的防輻射的手段，可以采取特殊材料護體，一般太陽能電池外面加上一層經過特殊加工特種玻璃蓋片，就像形成了一個屏障，阻隔了高強度的輻射。

總而言之，本文雖然只列舉了幾個例子說明航天設備的本體以及設計包含了很多的化學知識，但是不可否認的是化學在航天事業的發展中發揮了不可磨滅的貢獻，隨著科學家們的不斷探索，我們有理由相信，化學的應用絕不僅僅限于此，學好化學知識，必定還可以為人類帶來更大的福祉。