| ——神舟九号飞船返回舱防热材料及结构研制纪实
当神舟九号返回舱穿过大气层返回地面时，其表面迎风面已经被烧得黑乎乎的。它能经受住数千摄氏度的高温“烤”验，就是因为身上穿了一件由特殊材料编织而成的25毫米厚的“隔热衣”。
在一般人眼中，从神舟一号到神舟九号的“隔热衣”都差不多：蜂窝形的贴身“网褂”中填满了耐高温材料。其实，这里面的学问很大。一院703所结构复合材料专家孙红卫研究员告诉记者：“神九返回舱的‘外衣’已比神七的轻了8.7公斤。”
“隔热衣”减重8.7公斤，意味着飞船能多带8.7公斤的物品。它是如何实现减重的呢？其中的奥秘就在“衣料”——耐高温材料中。
神舟九号飞船扣罩 宿东 摄
耐高温材料 千呼万唤始出来
专门负责为返回舱设计、编织、穿上“隔热衣”的能工巧匠是703所低密度组的技术人员和工人师傅们。日前，当记者来到该组的生产现场时，神九返回舱已穿好“隔热衣”被运出。于是，该组组长孙宝岗和师傅们就参照其他类似型号给记者讲述了“隔热衣”研制的故事。
据介绍，国际上飞船返回舱的防热主要采用三种方法：一是吸热式防热，在返回舱的某些部位采用导热性能好、熔点高和热容量大的金属材料来吸收大量的热量；二是辐射式防热，用具有辐射性能的钛合金及陶瓷等复合材料，将热量辐射散发出去；三是烧蚀防热，利用高分子材料在高温加热时表面部分材料融化、蒸发、升华或分解汽化，带走大量热量。
而我国神舟飞船采用了自主研制的以烧蚀防热为主、辐射式防热和隔热为辅的防隔热材料体系。为何选择了这种防热方式？这还得从美国阿波罗计划说起。1969年7月，阿波罗11号成功登月，这一科技界的大事件“震撼”了全球。上世纪70年代，我国是研制航天飞机还是发展飞船，还处于论证中，而703所却早已开始对隔热材料等课题进行探索性研究。到了上世纪80年代，研制低密度烧蚀材料的课题被纳入了“863计划”。这大大推动了防隔热材料的研制进程。
上世纪90年代，我国明确了发展飞船的思路，703所也正在集中力量对烧蚀材料进行攻关。1989年从北京化工大学毕业来到703所工作的孙红卫正好赶上了这项工作。
“我们的研制工作基本是拓荒式的。”孙红卫说。当时，他们对已知的几十种材料进行配比试验，每种材料从几克渐渐加到几百克，一次次开展试验分析，工作量“浩如烟海”。
如今，低密度组的技术人员所说的烧蚀材料名称都是一些数字代号，这些代号其实是当年的试验序号。孙红卫回忆说，那时研制条件非常简陋，实验室中，玻璃纤维等材料刺激得研制人员浑身瘙痒。尤其是夏天，实验室内没有空调，气温高达40℃，闷热难忍，有时一些男同志索性光着膀子搞试验。说起这些往事，他言语中仍有一些激动。
现年56岁的朱社潮师傅对当年的经历同样记忆深刻。一天清晨，他们连续工作24小时后试制出一件“隔热衣”，因为车间里没有吊车，他们只能将约600公斤的“隔热衣”搬上小推车，以方便推进真空罐里进行试验。熬了一夜后，面对平时五六人能推动的小推车，他们六七人无论如何也推不动。最后，他们出门请帮手，恰好遇到刚来上班的师傅们，于是请他们帮忙才把车推进真空罐里。
重新布局 顺利减重8.7公斤
在生产车间里，一位工人师傅正在裁剪由玻璃钢制作而成的“网褂”。“网褂”如蜂巢，整个返回舱布满了10万余个蜂窝状的小网眼。孙宝岗说，“网褂”制作好了后，就会被严丝合缝地粘在返回舱的外表面，然后再往网眼中注入密度不同的烧蚀材料。“减重的关键就在用料上。”他说。
飞船返回舱返回地球时，会以一个固定的角度降落，其“前胸”——迎风面(包括底部和部分侧壁)激烈摩擦大气，表面温度急剧上升，所以，工人师傅们就需要在迎风面灌注密度较高的烧蚀材料。而“后背”——背风面所用的材料密度较低。两者相比，前者耐烧蚀能力极强，但也较重。从神一至神七，两种材料在返回舱侧壁的分布面积比例达到1：1。
当总体单位下达“隔热衣”减重任务后，703所研究人员动起了脑筋。通过分析神五至神七返回舱烧蚀情况，他们发现，烧蚀相对严重的部分只有几毫米厚的材料被烧蚀了，而“后背”基本未发现烧蚀。于是，研究人员对侧壁烧蚀材料重新布局：1/3的侧壁灌注密度较高的烧蚀材料，2/3的部分灌注密度较低的烧蚀材料。两种材料用量由1：1改成1：2，“隔热衣”便成功减重8.7公斤。
值得一提的是，我国神舟飞船直径为2.5米，表面积达21.7平方米，目前“隔热衣”总重量约为600公斤；俄罗斯的联盟号飞船直径是2.3米，表面积是17平方米，它的“隔热衣”重量达700多公斤。单从这个指标来看，我国的飞船隔热技术已处于世界领先水平。（黄琦 宋曙光）
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