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萬眾矚目之下,為期23天的探月之旅終於結束,17日凌晨1嫦娥五號軌道器與返回器在大西洋上空約5000km處分離,在完成一系列高難度的打水漂動作之後,在距地面約10km處開傘完成最後減速並著陸。

返回艙很快就被“靈狐”先一步找到,隨後才有工作人員趕到現場。

這個小插曲雖然引人熱議,但是那燒的焦黃的鐵疙瘩才是今天的主角。

不怕出門怕回家,地球比月亮還冷?

中國早就不是第一次探索太空了,對於宇宙航天器所要歷經的磨難早就做好了準備,據說光故障預案就有35項,雖然最後一項也沒排上用場,不過最後的包上暖寶寶的操作,是不是也早就在計劃中呢?

吃瓜群眾大部分被萌萌的暖寶寶造型吸引,又被“玉兔”吸引了視線,只有個別人靈魂拷問,月球那麼冷都不怕,咋回家了反而更怕冷了,保溫層這麼容易燒掉,那月壤還能好好的嗎?

我們先來數一數,嫦娥五號一路經歷了哪些溫度吧。

升空溫度:火箭升空的時候也處於高速飛行狀態,而且也會與空氣摩擦,這是無法避免的,之所以火箭在升空的時候不會產生高溫燃燒,是因為火箭速度是從地面往上加速的,我們都知道地球的大氣層濃度從地面往上是越來越稀薄的。當大氣層濃度很高的時候,火箭正處於加速階段,速度比戰鬥機快不了多少,火箭與大氣層的摩擦並不是很劇烈,所以不會產生高溫乃至燃燒,這個時候,就按照地球表面溫度範圍最大60℃,最小-90℃吧。宇宙溫度:出了大氣層開始加速到接近第二宇宙速度,但是由於宇宙真空環境,近乎沒有摩擦力,而且真空環境本身沒有空氣粒子,也就沒有熱量概念,除非太陽熱輻射導致升溫,否則可以視為室外或者艙外沒有溫度。月球溫度:月球沒有大氣層,所以朝陽面和背陰面溫差很大,有太陽的時候,也就是白天,溫度可達180℃,夜晚時可以達到-180℃。返回溫度:回程才是難關。在進入返回軌道時,返回器一開始是以第二宇宙速度,即每秒11.2公里的速度進入大氣層,這時候返回艙與大氣層在高速下劇烈摩擦,材料溫度將達到3000℃以上。進入大氣層後沒多久,為了減速,返回器會向上跳躍回到太空,做上一個難度係數極高的打水漂動作,這時外部溫度是真空中的絕對零度。接著又以每秒7.8公里的第一宇宙速度進入大氣層,這時材料表面溫度約為1800℃。

正是這返程時的3000℃高溫,才導致防護層燒燬,讓返回艙“怕冷”。

防熱材料立大功

在溫度為1600℃時,就能融化鋼鐵,在3000℃時,即使是金剛石也會融化,而嫦娥五號的返回艙只是被“烤至金黃”,整體看來,狀態良好,畢竟別人家的返回艙,回來可能不是這樣。

別人家的返回艙

事實上,我們早已做好了這些防備。從上個世紀八十年代開始,我們就已經在研究空間探索的防熱材料了。

據介紹,由於航天器不同的部位對防熱材料的需求不同,需要根據情況“量體裁衣”,選擇不同耐熱溫度的材料。比如,環氧樹脂基複合材料可耐受120℃左右的溫度,使用範圍比較廣泛,可以應用於火箭整流罩、衛星結構件等;雙馬樹脂基複合材料可以耐受200℃以上的溫度,主要應用於火箭防熱底板、儀器艙艙段等;而聚醯亞胺基複合材料則可耐受500℃左右的高溫,可應用於火箭及航天器的耐高溫部件。

而在之前,國際上最好的隔熱材料是用在阿波羅飛船上的,這次針對月球軌道返回熱環境、空間環境和重量的要求,提出了不同部位耐燒蝕和隔熱的具體需求與指標,從33種新研材料中篩選出了7種防熱材料,完成了防熱材料的佈局和區域性防熱結構設計,實現了我國由近地軌道再入到深空軌道再入的防熱結構設計的跨越。

在多種新型材料的保護下,我們嫦五小姐姐出發時也是潔白無瑕,美麗動人的,只是返程風塵僕僕,畫了個煙燻妝而已。

返回艙大有深意,為載人登月打下良好基礎

嫦娥計劃的最終目的是載人登陸月球,那麼上去了也得像這次一樣回來,那麼這次遇到的問題,都可以說是在為載人登月做準備。

貴重的月壤=登月宇航員

這次是帶月壤回來,由於月壤珍貴,我們得保證它不受宇宙輻射影響,不被高溫低溫損壞、汙染,那麼能把月壤保護好的我們,下次也就同樣能保護好宇航員。落月時候的暖寶寶,何嘗不是在為宇航員準備呢?其實這麼大的登月艙,有著耐幾千度高溫的保護層,會很怕內蒙古零下二十度的低溫嗎?但是如果是返回艙帶著宇航員,這準備的暖寶寶,就能派上大用處。

大膽想象,小心求證,科學發展向來不都是這樣嗎?

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