張君燕
2021年9月17日,神舟十二號載人飛船從中國空間站榮耀歸來,圓滿完成了載人飛行任務。其實,比起發射,返回之路更為驚心動魄。尤其是當返回艙從400千米左右的太空軌道進入大氣層后,會以數千米每秒的速度與大氣層發生摩擦,形成近2000攝氏度的高溫。
那么,宇航員如何能在近2000攝氏度的高溫中“極限生存”呢?
原來,宇航員靠的是返回艙表面特殊的防熱材料,設計師將之稱為“防熱外套”,它能阻隔高溫進入艙內,保證艙內空氣溫度維持在20攝氏度左右。雖然只有薄薄一層,卻是保護航天員生命名副其實的“防火墻”,而防熱結構研制工程師方洲就是協助完成這項奇跡的科學家之一。
方洲小時候曾做過很多次相同的夢,他夢見自己是宇航員,坐在飛船里面,飛船在返回過程中,外邊那些紅的白的一片一片的碎片不斷從眼前閃過。“從內心深處來說,我對這種航天的大工程還是很有情懷的。”方洲深情地說。后來,當方洲正式成為一名航天工程師,他決心要做出完美的返回艙“外衣”,實現自己兒時的夢想,更重要的是保護航天員的生命,完成自己責任重大的使命。
“可能很多人對返回艙表面外界近2000攝氏度的高溫沒有具體概念。舉個例子,我們家里用的燃氣灶表面的火焰溫度大概在六七百攝氏度,火山的巖漿噴發的溫度大概在1000攝氏度左右。而飛船面臨的溫度是它們的兩三倍,而且整個過程要持續9分鐘,一般情況下的材料是難以抵抗的。這是一個巨大的挑戰。”方洲介紹道。
在研制初期,方洲和團隊成員會開展大量的試驗,從而確保所用的材料達到最優的性能。方洲指著一種防熱材料的編號問:“你知道這個H88(防熱材料牌號)的編號是什么意思嗎?”見人們不解地搖頭,方洲告訴大家,這個材料的牌號的編號就代表了它的試驗次數,前面的英文字母代表從A到H,后面的數字代表從1到88,也就是說,這種材料經過了大概900多次試驗。在投入使用之前,已經有很多材料“犧牲”。
有一次,在對嫦娥五號的材料進行燒蝕試驗的時候,發現有燒蝕異常,表面的碳層出現了一個小坑,這個小坑會像水坑積水一樣把迎面而來的熱流聚集起來,使得材料表面的溫度偏高。一旦真正飛行中出現了特別嚴重的坑,就很可能導致任務失敗。當這個問題發生后,團隊成員立即放下了手頭的工作,開始全身心地投入新的試驗中,排計劃、做試驗、總結,這樣一輪一輪連續不斷地進行著。
現在,神州十二號順利返回,方洲和團隊成員們的心放了下來,但他們的工作沒有停下。他們要對飛船防熱層進行取樣分析,因為它是經歷過真實飛行環境的,這種飛行數據對科學家們來說非常珍貴。
接下來,方洲和團隊成員們還要研制新型的深空探測用的防熱材料。相對神舟飛船來說,深空探測的飛船會面臨更大的高低溫突變的溫度、更長時間的空間輻射。“這將是一個更大的挑戰,但我們毫不懼怕。我們最大的期待就是以后飛得更遠的飛船,能穿著我們的‘防熱服,見到更多的星星,在更深的宇宙間遨游,然后安全返回地球。”方洲笑著,眼神中滿是堅定。