飞船穿上耐高温"防火服" 为宇宙航行保驾护航

2016年，SpaceX公司的“龙号”无人宇宙飞船顺利完成了从国际空间站返回地球的任务。飞船在回程中会进入地球表面的大气层，此时，舱体与空气产生的剧烈摩擦，能使舱体表面的温度达到一千摄氏度以上，这样的高温，足以熔化大多数金属或合金。那么，为什么在如此高的温度下，宇宙飞船不会像流星那样燃烧殆尽，而是能安全着陆呢？

原来，科学家们根据宇宙飞船的“身材”，为其量身定做了一套“防火服”，而这套“防火服”的材料，则是耐高温材料。

什么是耐高温材料？

顾名思义，耐高温材料就是指那些熔点高、可阻隔热量传导的材料。

耐高温材料包括耐火材料和耐热材料，大致可分为两种——有机物和无机物。一般来说，有机物比较容易燃烧，而陶瓷、矿石等无机物则不易燃烧，在它们面前，火焰不过是“纸老虎”。耐高温材料也是如此，其中，有机系列的材料所能耐受的最高温度一般不超过400℃，而无机系列的材料至少也能承受1000℃的高温。

“防火服”的种类

科学家们看中了无机系列耐高温材料的耐热性，便将其制成宇宙飞船的保护层——“防火服”，以确保飞船能够安全着陆。飞船“防火服”的材料各有不同，包括难熔金属及其合金、金属间化合物、碳/碳复合材料、陶瓷及陶瓷基复合材料等。目前，在科技领域使用度高且被人们熟知的材料主要有两种：钛与钛合金、陶瓷及陶瓷基复合材料。

（一）钛与钛合金

钛可以构成不同的晶体，化学家将它称为同素异构体。当温度低于882℃时，钛在微观下呈现的是密排六方晶格结构，我们称其为α钛；当温度高于882℃时，钛原子呈体心立方晶格结构，我们称其为β钛。当温度升高时，钛原子可以通过改变原子间的距离以及排列方式（即上文当中的α、β两种晶格结构）来保持稳定。

钛合金指的是在钛的基础上加入其它元素组成的合金，在整个高温合金领域中，占有特殊的地位。金属原子之间存在着金属键，它就像一股无形的力，将金属原子束缚在一起，因此，大多数金属的熔点都显得极高。而在钛合金的制作过程中，某些金属键遭到了破坏，这就使钛合金的熔点低于纯钛。那么，为什么我们普遍用钛合金来制造宇宙飞船的“防火衣”，而不选用纯钛呢？事实上，纯钛的硬度很低，若将其用于航天工业中，那么飞船在高速行驶的过程中，就会被迎面击来的空气粒子打成“畸形”。为了保障飞船和宇航员的安全，科学家选择了钛合金。

（二）陶瓷及陶瓷基复合材料

除钛合金外，陶瓷及陶瓷基复合材料也是常用的“防火服”材料。这里的“陶瓷”指的可不是日常的陶瓷餐具。宇宙飞船“防火服”所用的陶瓷，是一种新型的复合高温陶瓷。这种新型复合高温陶瓷大概有三厘米厚，主要由两部分组成。其中，与大气直接接触的外层是高辐射陶瓷材料，而内层则是导热系数非常低的耐高温陶瓷纤维。

只有高性能的耐高温材料，才能更好地保障航天员的生命安全和我国航天计划的成功。希望在不久的将来，科学家们能打造出更安全、更美观的“防火服”。（郑斌）