对抗极端空间环境的神奇材料

空间环境是指由电场、磁场、引力场、电磁辐射、空间碎片、流星体以及各种带电粒子和中性粒子所构成的宇宙空间环境。

我们知道，宇宙空间环境存在极高的真空特性，因此热量的传递方式与地面迥异。热传导、热对流与热辐射3种热量传递的途径，在高真空的太空环境里只剩下了热辐射这一种。所以，利用材料表面的热辐射特性，是航天器热控制的一个主要技术手段。而热控涂层这层“外衣”就是专门用来调整物体表面热辐射性质，从而达到温度控制目的的表面材料。

中国早期神舟系列飞船返回舱表面的热控涂层材料，热辐射性能变化范围较大。这是由于早期飞船，或者飞船与天宫空间站对接的组合体结构相对简单，热环境也较为简单、周期短，任务周期内的空间外热流（航天器在轨道运行时，到达其外表面上的各种空间辐射热源）变化较小。

随着中国空间站的建设，空间站尺寸和结构较天宫一号目标飞行器、天宫二号目标飞行器已发生显著的变化，神舟飞船与空间站组合体的飞行姿态较为复杂，任务轨道增加了多种新的飞行姿态，新的飞行姿态会出现神舟飞船舱体被空间站其他舱段遮挡、长期无法被太阳辐照的情况。

神舟飞船受空间站和货运飞船等飞行器的遮挡，低温工况下的空间外热流显著降低，最低温度可低于零下100摄氏度；而当空间站处于某些构型时，神舟飞船局部区域会持续受太阳辐照，持续受辐照区域会出现极高温度，最高可超过100摄氏度。因此，早期使用的热控涂层材料已不能适应新需求。于是，从2021年发射的神舟十二号载人飞船开始，中国航天人为飞船返回舱“穿上”了银色的“新外衣”。

呵护神舟飞船的新“外衣”

航天科技集团五院529厂的航天工程师利用宇宙空间以热辐射为主要热量传导方式的特点，为空间站阶段的神舟飞船家族设计并研制了一款神奇的控温外衣——低吸收-低发射型热控涂层。

低吸收指的是涂层材料自身具有极少太阳光吸收特性，可有效减弱太阳辐照造成的温度升高；而低发射指的是涂层具有极低的红外发射率，可有效阻隔飞船内部向深冷环境的辐射漏热，避免舱内温度不断降低。这就保障了空间站阶段神舟飞船返回舱在长期的极端高、低温环境下，依然能够保持正常“体温”。

同时，这件新“外衣”可以抵抗宇宙空间中的高能紫外辐照、高能带电粒子以及原子氧轰击等环境因素导致的老化和剥蚀，在极端空间环境下也能保持温控稳定性。

让我们一起期待中国航天人书写更壮丽的篇章！

责任编辑｜赵青云

运营编辑｜赵青云

质量审核 | 王维嘉

图文来源 | 《知识就是力量》杂志《飞到太空学化学——中国空间站里的化学》，撰文/平托、何军、丁为（航天科技集团五院529厂），原文有删改，原创作品转载请注明来源。