【Po.42】什么是隔热瓦？

ASPT-航天科普小组

合集 · 自制航天科普视频 (61)

  1. 13:58
    【Po.01】蓝色起源与新格伦运载火箭
  2. 5:23
    【Po.02】科罗廖夫揭棺而起，N1失败的原因，就这？
  3. 5:10
    【Po.03】美国火箭竟这样回收！
  4. 7:06
    【Po.04】ASPT视频竟这样制作？
  5. 2:58
    【Po.05】如何绑助推？KSP行为不可取！
  6. 5:34
    【Po.06】引擎界的“拖拉机”——F-1
  7. 9:53
    【Po.07】中国航天“劳模”——长征三号乙
  8. 22:51
    【Po.08】闲聊星舰和其他的航天常见误区
  9. 9:21
    【Po.09】胎死腹中的新星——OmegA
  10. 4:29
    【Po.10】欢迎就坐导流槽雅座
  11. 5:00
    【Po.11】用SR2打开长征七号&天舟二号成功
  12. 5:51
    【Po.12】洞察号可能挺不过今年了
  13. 7:33
    【Po.13】太空“时光机”——韦布
  14. 6:36
    【Po.14】关于Starship第二次试飞，都在这了
  15. 3:42
    【Po.15】“同父异母”的长二丙与长二丁
  16. 3:38
    【Po.16】为什么SLS不用RS-68
  17. 5:51
    【Po.17】H3,略显尴尬的希望
  18. 5:12
    【Po.18】星舰即将要发射，三飞改动在这里
  19. 4:01
    【Po.19】"老六"家族添新丁，长六丙首飞成功
  20. 2:31
    【Po.20】猎鹰二级的灰色环是什么
  21. 5:41
    【Po.21】如何更省燃料地改变轨道倾角？
  22. 8:29
    【Po.22】星舰三飞全流程分析
  23. 11:19
    【Po.23】星舰迎来大量改动,"箭"指第四次试飞
  24. 6:27
    【Po.24】Ariane 6，欧洲的未知还是未来？
  25. 3:20
    【Po.25】Ariane 62首飞故障的罪魁祸首
  26. 7:27
    【Po.26】助推器上的这些是什么
  27. 3:37
    【Po.27】绿皮刷漆，白杨M变起飞一号M
  28. 7:46
    【Po.28】DRO轨道是什么？更适合月球空间站吗？
  29. 4:39
    【Po.29】火箭发动机怎么摆？
  30. 7:40
    【Po.30】卫星太阳能板有哪些
  31. 4:58
    【Po.31】星舰发射台结构简析
  32. 8:25
    【Po.32】欧罗巴快帆，飞往深空的木卫二海洋
  33. 2:29
    【Po.33】星际客机下的是什么?
  34. 5:46
    【Po.34】怎么焊火箭？
  35. 7:24
    【Po.35】帝国的反击
  36. 11:41
    【Po.36】美国早期侦察卫星的技术狂想——胶片在轨冲洗，图像无线回传
  37. 5:14
    【Po.37】火箭发动机如何承受高温
  38. 15:03
    【Po.38】见过800米的轨道吗？——IM-1登月复盘
  39. 11:37
    【Po.39】探火传奇——海盗计划
  40. 9:28
    【Po.40】走进国博——中国探月工程20周年展
  41. 14:01
    【Po.41】美国火星采样返回，还有戏吗？
  42. 3:49
    【Po.42】什么是隔热瓦？
  43. 11:06
    【Po.43】载人飞船如何逃逸？逃逸系统有何妙处？
  44. 5:20
    【Po.44】为什么喷管是斜的？斜切喷管的妙用
  45. 8:34
    【Po.45】新的不用？SLS为何用上老材料？
  46. 9:26
    【Po.46】注定失败的项目——IRIS²
  47. 16:35
    【Po.47】日本新一代货运飞船首飞成功，HTV-X有何不同？
  48. 11:45
    【Po.48】三平？三垂？火箭测发流程有何区别？
  49. 9:34
    【Po.50】固液混合发动机真的好吗？
  50. 17:10
    【Po.51】中庸——相对论航天与人族火箭的故事
  51. 12:09
    【Po.52】一箭多星新姿势，蓝箭航天如何堆叠卫星？
  52. 7:48
    【Po.53】全流量的东方回响！蓝箭航天“蓝焱”有何实力？
  53. 21:06
    【Po.54】全面解析：载人"掠"月的Artemis II任务
  54. 19:22
    【Po.55】联盟五号成功首飞！"超级天顶"实力如何？
  55. 7:47
    【Po.56】朱雀2E再上凌霄，新款朱雀2E有何改动？
  56. 17:53
    【Po.57】脱胎换骨：星舰V3有何升级？这里告诉你答案
  57. 12:40
    【Po.58】从EDS到星舰——低温燃料在轨加注的那些事
  58. 4:19
    【Po.59】时隔26天再次发射，这次朱雀2E又有何新花样？
  59. 24:25
    【Po.60】迈向可回收！长征十号乙首飞vlog
  60. 27:13
    【Po.61】2026年，NASA的主要项目都如何了？
  61. 13:11
    反向鸽子的望远镜？一个视频带你了解罗曼太空望远镜
Description 
在电影闪电侠中，主角巴里在获得神速力的早期遇到了一个令人尴尬的问题：在高速移动时，身体与空气摩擦产生的高温会使衣服燃烧殆尽。一次性的战衣，不仅不环保，更有可能让闪电侠成为光腚英雄。所以电影里很快给他安排了技术升级，不仅提高了战衣的设计与款式，更重要的是提高了战衣的隔热能力。
	虽然这只是超级英雄电影中的一个趣谈，但其中蕴含着非常重要的科学原理：在空气中速度越快，表面温度越高！ 与闪电侠相似的是，航天器返回地球时的速度在7.9千米每秒左右。如果是从月球返回地球，则再入速度可以达到11千米每秒，以这样高的速度进入大气，快速的摩擦与挤压会导致表面温度最高能达到1800摄氏度左右，为了保证货物和人员的安全，所以航天器也需要一件隔热战衣。
	为航天器打造一件合适的战衣并不容易，不仅仅需要考虑到隔热效果，更要考虑材料的密度、韧性、导热性等物理性能。这里我们需要特别注意的是，隔热和耐热的区别，很多材料能够保证其高温下的稳定性，但它很容易把热量传导出去。这样的材料就是耐热不隔热，如果航天器的隔热瓦用这种材料，很容易造成降落后形状完好，但是里面的物资都被闷熟了的情况，所以星舰上的六边形瓦片被称为隔热瓦。隔热瓦材料自身的性能要好，但也要考虑到成本和量产难度，虽然现在实验室中有很多超隔热材料，但都被量产这一步卡了脖子。
	航天器的隔热材料是一步一步进步的，从高温陶瓷到金属基复合材料，再到C/C复合材料（读：碳碳复合材料），每种材料都有各自的优缺点，我们在这里重点提及一下刚性陶瓷隔热瓦，其性能优异隔热效果和热稳定性都很出色，但陶瓷材料特有的脆性大大限制了它的发展。2003年美国哥伦比亚航天飞机再入大气层时解体，便是因为其陶瓷隔热瓦碎裂脱落导致的。目前最先进、应用最广泛的就是树脂基复合材料，其中的明星类别就是PICA--酚醛树脂浸渍碳基复合材料。PICA最早是由NASA的Ames（读作：艾姆斯）研究所开发，并应用在火星探测登陆舱、航天飞船的防热部位。具有低密度、耐高温、低热导率、低烧蚀量和高热阻塞效应的特点。低热导率和高热阻塞效应是PICA材料的突出性能优点。当PICA表面温达到较高温度时，其内部也能保持较低温度。在实验中表面温度达到2760℃，其距离表面1.22cm处的温度最高峰才达到983℃。高热阻塞效应是指PICA材料在高温下烧蚀产生热解气体，这些气体在材料表面形成一层隔热层，有效地阻挡了热量向材料内部的传递，同时PICA材料在高温下烧蚀后表面完整光滑，不会产生明显的剥离现象。这些优点使得PICA不仅能为从低地轨道再入大气层的飞行器提供热防护，还满足从月球或其他星球直接再入大气层的返回舱的热防护需求。
	星舰上所采用的隔热瓦也是PICA材料，SpaceX在2006-2010年为可重复使用的龙飞船开发了新型的PICA材料，命名为PICA-X（这家公司真的太喜欢X这个字母了，星舰舰体采用的自研不锈钢材料就被命名为30X）。这一新材料是在PICA基础上改进而成，且更易生产。2010年12月8日，PICA-X热防护罩的第一次再入测试于Dragon Crew1任务中进行。PICA-X的制造成本仅有PICA成本的1/10，目前也被应用于星舰的热防护上。
随着科技的不断进步，隔热瓦的材料会越来越轻薄，越来越便宜，这不仅仅有利用我们仰望星空，也有助于我们脚踏实地。从更轻更薄的隔热手套，甚至到保暖的房子，未来的生活值得我们去想象。