寿命只有530秒的它们，却保护着航天员安全回家｜罗丽娟( 二 ) 文章转载自“格致论道讲坛”

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既然如此，我觉得需要认真地把锅炉用隔热材料和神舟飞船用防热材料来做一个对比。
一般来说，我们接到任何一个防热产品任务的时候，都要看它的使用环境要求。
比如这个锅炉，它的使用环境是550度的蒸汽温度，它想使用隔热材料的目的是降低热损耗，那么就可以用一些轻质的隔热毡材料。
我在淘宝上搜了一下，这个材料挺多的，最便宜的才5块钱一公斤，怪不得我姐夫听到8000块钱的报价很咂舌。
这个锅炉有一个最大的好处，它是放在地面上的，它不受重量和空间的限制。也就是说，如果我想让它的防热效率更高，隔热效率更高，就可以多糊几层防热材料。
就好比说我们冬天觉得很冷，如果经济条件不太好，多穿几层也可以御寒，不一定非得穿得轻薄还保暖，但是非常贵的衣服。
但神舟飞船就不一样了，它使用的环境温度有2000多度，它对重量要求非常苛刻。这是为什么呢？
以价格取胜的民用航天公司SpaceX公司，对它研制的猎鹰9号火箭的单发报价是5400万美元，如果加上龙飞船，单发报价是1.33亿美元。
飞船防热材料占整个系统结构重量的45% ，如果我们把这个防热材料的密度降低10% ，就可以节约出58公斤的重量，相当于一个航天员的重量。所以减重是非常有必要的，即使它的代价是8000块钱每公斤，依旧非常划算。

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除了减重以外，我们还要考虑飞船一些其他应用空间的环境问题。虽然我们这个材料最终使用的时间只有最后10分钟，但是前期要经历一个空间环境，就是在轨道上。
我们人类非常幸运，在地球上待着，因为有大气层的保护，所以一年四季的温差，也就是零下20多度到零上30度的样子，一天内的温度差也不会特别大。
但是在轨道上就没有这么幸运了。轨道的温度变化范围是零下120度到零上120度，神舟飞船在上面每90分钟，就要经历这样一个高低温交变循环。
任何材料都是会发生热胀冷缩的，而每种材料的膨胀收缩率又不一样。如果把防热材料和里面的承力结构材料硬捆在一起，又不做任何处理，应力就足以使防热层开裂，那么后续返回的时候就会发生不能想象的后果了。
美国的阿波罗飞船是怎么解决这个问题的呢？它在防热层和承力层之间又加了滑动桁条，用来补偿这两者之间的不匹配。
但是神舟飞船不是这样做的，它就是把防热层直接粘接在承力层壳体上。这样的话结构更简单，重量也更轻，但问题是使两者匹配的压力全部都落在了防热层研制上。
▲从神舟舷窗看地球的照片
上图中美丽的照片是航天员通过舷窗拍摄的地球的照片。舷窗是航天员观察飞船状态，进行一系列空间科学试验非常重要的窗口，但是挥发分会使这个窗口看不清楚，就像汽车玻璃起雾结冰那样。
水在地球上是液态的，但是在太空这个真空环境中，它就会汽化。也就是说，地球上很多这种液态的低分子的化合物，它在太空中都会汽化，我们这个防热材料就必须避免这个现象。
防热材料的成型过程
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前面说了我们这个材料是蜂窝增强的形式，那这个材料是怎么成型出来的？
美国是单孔灌注技术。从阿波罗飞船开始，一直到2010年新的猎户座大底，一直都是用这个方法。