一顆燃燒的隕石,拖著長長的白色尾巴,前邊紅色的小點(diǎn)牽引著。然后,尾巴越來越短,最后消失在空中……
這就是隕石燃燒的畫面。因?yàn)榇┻^大氣層時(shí),摩擦產(chǎn)生巨大的熱量,導(dǎo)致就算是石頭也會燃燒!可能看到這,大家會奇怪,航天飛機(jī)降落時(shí)為什么沒有像隕石那樣燃燒呢?
原來航天飛機(jī)有一層塑料保護(hù)膜——防熱瓦,就是這塊透明的塑料板讓航天飛機(jī)能夠安全通過大氣層。我們知道,固體物質(zhì)在揮發(fā)成為氣體時(shí)是要吸熱的,塑料是高分子化合物,由碳、氫、氧等元素組成。當(dāng)溫度達(dá)到1000多攝氏度,它們就會分解。有意思的是,它分解的過程中會吸收熱量。這樣一來,盡管在高空會摩擦生熱,但由于塑料板逐漸揮發(fā)和分解,吸收了大量的熱能,結(jié)果使得航天飛機(jī)本身保持比較低的溫度。航天飛機(jī)也就不會像隕石那樣燃燒了!
如此看來,塑料的這種性質(zhì)用處可大了!當(dāng)今世界上,航空航天科技和工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)每天都在日新月異地變化。像人造衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機(jī)、遠(yuǎn)程導(dǎo)彈,它們之中有的上了天就再也不用下來了,有的則上了天還非要下來,比如說宇宙飛船、航天飛機(jī)和一些衛(wèi)星,因?yàn)檫@些航天器中有的是載人的,有的裝著寶貴的數(shù)據(jù)資料。
每當(dāng)高速飛行的宇宙飛船、航天飛機(jī)、衛(wèi)星、導(dǎo)彈等完成任務(wù)重返地球時(shí),必須穿過稠密的大氣層,這些航天器的速度比聲音的速度還高幾倍以至十幾倍,當(dāng)它們以這樣高的速度向大氣層俯沖下來時(shí)會產(chǎn)生非常高的能量。舉例來說,具有如此高速的1千克質(zhì)量所產(chǎn)生的動能高達(dá)2.8×107焦耳,這些能量轉(zhuǎn)化成熱,足以把30千克的鋼鐵加熱到沸騰。我們在晴朗的夜空中看到的流星也屬于這種情況。流星是宇宙空間的一種高速飛行的星際物體,有時(shí)它會闖入地球的大氣層,并與大氣層摩擦產(chǎn)生高溫,使流星迅速燃燒,這時(shí)流星便會劃出一道炫目的軌跡。
宇宙飛船等航天器也像天上的流星一樣,在返回地球時(shí),與大氣層發(fā)生劇烈的撞擊和摩擦。在航天器的前端產(chǎn)生一個(gè)高達(dá)1×107帕斯卡壓強(qiáng)的沖擊波,并將沖擊波前的大氣加熱到七八千攝氏度。在這樣高的溫度下,航天器本身難保,同時(shí)還會危及航天器內(nèi)宇航員的生命。
如今,這已經(jīng)不構(gòu)成問題了!我們只要在航天器的外殼尤其是前端涂上一層燃蝕材料就可以解決上述危機(jī)。這層燃蝕材料是一種復(fù)合材料,它由環(huán)氧樹脂或環(huán)氧乙烷等材料與碳纖維復(fù)合在一起構(gòu)成。環(huán)氧樹脂或環(huán)氧乙烷在高溫下氣化、熔化、升華,最后分解,都要帶走熱量,碳纖維同樣在高溫下氣化和升華,也都要吸熱。于是,通過外面一層復(fù)合材料不斷被“燒掉”,宇宙飛船等內(nèi)部設(shè)施得到了保護(hù),也會使宇航員在船內(nèi)感到安全舒適,直到飛船安全返回到地面為止。
編輯 李