书城童书无处不在的数学(人生解密)
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第60章 航天飞引器的不破盔甲

在晴朗的夜晚,仰望灿烂星空,有时会看到耀眼的陨星,倏忽即逝。它为什么会发光呢?原来,这是高速飞行的陨星进入大气层与空气剧烈摩擦,猛烈燃烧而发出的光亮。当宇宙航天器完成任务返回地球时,面临着与陨星同样的残酷生存环境。研究表明,当宇宙飞行器的飞行速度达到3倍声速时,其前端温度可达330℃;当飞行速度为6倍声速时,可达1480℃。宇宙飞行器遨游太空归来,到达离地面60~70千米时,速度仍然保持在声速的二十多倍,温度在10000℃以上,这样的高温足以把航天器化作一团烈火。高速导致高温,这似乎是一道不可逾越的障碍,人们把这种障碍称为热障。显然热障并没有阻挡住人类挺进宇宙的步伐,那么科学家们是如何克服热障,使航天器安全回家的呢陨石穿越太空到达地球的神奇经历给了科学家们以特殊的启迪。分析陨石的成分和机构发现,陨石表面虽然已经熔融,但内部的化学成分没有发生变化。这说明陨石在下落过程中,表面因摩擦生热达到几千摄氏度高温而熔融,但由于穿过大气层的时间很短,热量来不及传到陨石内部。给宇宙飞行器的头部戴一顶用烧蚀材料制成的“盔甲”,把摩擦产生的热量消耗在烧蚀材料的熔融、气化等一系列物理和化学变化中,“丢卒保车”,就能达到保护宇宙飞行器的目的。

一位宇航员描述了宇宙飞船闯过热障的壮观景象:飞船进入大气层,首先从舷窗中看到烟雾,然后出现五彩缤纷的火焰,同时发出“噼噼啪啪”的声音。这是飞船头部的烧蚀材料在燃烧,它们牺牲了自己,把飞船内的温度始终维持在常温范围内,保护飞船平安返回地面。

作为烧蚀材料,要求气化热大,热容量大,绝热性好,向外界辐射热量的本领强。烧蚀材料有多种,陶瓷是其中的佼佼者,而纤维补强陶瓷材料是最佳选择。近年来,研制成功了许多具有高强度、高弹性模量的纤维,如碳纤维、硼纤维、碳化锆纤维和氧化铝纤维,用它们制成的碳化物、氮化物复合陶瓷是优异的烧蚀材料,成为航天飞行器的不破盔甲。