酚醛树脂防护材料以及酚醛树脂微球的发展,航

来源:http://www.aobaot.com 作者:科学 人气:153 发布时间:2019-11-09
摘要:每年夏季,都有一批航天技术人员奔赴酒泉卫星发射中心,对发射平台展开为期一个月的“美容”工作,他们就是703所的技术人员,被称为火箭发射平台的“美容师”。 热防护系统是保

每年夏季,都有一批航天技术人员奔赴酒泉卫星发射中心,对发射平台展开为期一个月的“美容”工作,他们就是703所的技术人员,被称为火箭发射平台的“美容师”。

热防护系统是保护服役在高温热环境中飞行器免遭烧毁或过热的关键子系统。现有的热防护系统及材料主要包括非烧蚀类和烧蚀类。烧蚀热防护,是以消耗物质来换取防热效果的积极防热方式,优点是工作安全可靠,防热效率高,适应流场变化能力强。对服役在高热流条件下或热环境无法准确预测的飞行器,烧蚀防热是唯一可行的防热方式,且系统结构简单,一般使用胶黏剂将其直接胶接在内部承力主结构上使用。

10月17日7时30分,搭载神舟十一号载人飞船的长征二号F遥十一运载火箭,在酒泉卫星发射中心点火发射,约575秒后神舟十一号载人飞船与火箭成功分离,进入预定轨道,顺利将景海鹏、陈冬2名航天员送入太空,飞行乘组状态良好,发射取得圆满成功。中国科学院上海硅酸盐研究所承担了神舟十一号载人飞船低比值无机热控涂层、耐高温隔热材料与组件、返回舱玻璃防烧蚀污染涂层、姿控发动机包扎、通道照明和舱内仪表等多种载荷表面高辐射热控涂层、舷窗玻璃及涂层、飞船返回舱天线防热窗,以及“回收一号”探测雷达用微波介质材料、神舟飞船与天宫二号交会对接过程中消杂散光涂层和不锈钢灰色化学转换热控涂层的研制和生产任务。

我国研制的新一代运载火箭——长征七号运载火箭,预计于6月25日在海南文昌航天发射中心发射,这是我国载人航天工程空间实验室阶段4次飞行任务的开局之战,这将是长征七号运载火箭的首次发射、海南文昌航天发射中心的首次发射。 下面请跟随小编,一起去看看“长七”首飞都有哪些您不知道的秘密。

为发射台涂“防热隔离霜”

烧蚀热防护材料按密度分为标准密度与轻质烧蚀材料。以碳/碳、碳/酚醛、高硅氧/酚醛为代表的标准密度烧蚀材料主要应用于高热流、超高温、高驻点压力、高速粒子冲刷等极端恶劣环境短时间服役的远程火箭或导弹;轻质烧蚀材料主要应用于飞船返回舱或空间探测器等普遍采用半弹道-跳跃式或升力再入等气流焓值高、短时间热流密度大、驻点压力低和再入时间长的再入环境,要求热防护系统及其材料具有轻质、耐高温、低热导率、低烧蚀量和高热阻塞效应的特点。之前我们介绍过碳/碳热防护材料,本文主要介绍酚醛树脂防护材料以及酚醛树脂微球的发展。

承担研制的神舟十一号载人飞船辐射器用KS-Z热控涂层、耐高温隔热屏、不锈钢箔化学转换热控涂层,主要用于维持整船的温度水平,保证热控分系统、各单机处于热设计的工作温度范围内。

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火箭发射时,点火刹那温度高达2800度,因此,发射平台不仅受到发动机的强热流冲刷,还必须耐受住强高温,才能保障基体不被烧蚀烧化,便于多次执行火箭发射任务。

1、返回舱烧蚀热防护系统及材料的发展

为神舟十一号载人飞船返回舱研制了舷窗玻璃防烧蚀污染涂层、姿控发动机防热包扎材料等。其中,创新设计研制的舷窗防烧蚀污染涂层,具有自清洁功能,在不影响整船结构、不增加窗体重量的前提下,有效达到了防烧蚀污染的效果。

新一代运载火箭可中雨发射 现役火箭发射选择窗口时都会避开雷雨天,而新一代运载火箭则能实现中雨发射,这是因为新一代运载火箭是做了“防水”设计的。 新一代运载火箭发射场气候潮湿,降水量大,全年12小时内降水5至15毫米的中雨较多。为此,在火箭研制之初,就接到上级命令,要保证火箭能够中雨发射,这就要求火箭要做好“防水”。 新一代运载火箭燃料加注可停放24小时 “长七”运载火箭在海南发射场合练,低温燃料加注后成功停放24小时,创下了低温燃料停放时间最长纪录。新一代运载火箭,有多种发射任务需求,且发射前程序复杂,停放24小时,可为成功发射争取更多有利时间,提高火箭发射的可靠性。

因此,火箭发射平台的“美容师”必须在火箭发射前,给平台表面涂覆相当大面积的“防热隔离霜”——特种防护涂层。这项看似简单的“护理工作”不可小觑,因为通过涂层隔热效能的发挥,不仅可以保护发射平台,防止其遭受高温、强热流的冲刷,还可延长平台的使用寿命,节约大笔费用。

烧蚀材料最早应用于各种弹道导弹,后被借鉴并成功应用于返回式卫星、飞船及深空探测器等。弹道导弹的气动力外形为锐角旋转体,其再入时的气动热流率非常大,但加热时间短,因而需要采用高密度的烧蚀材料。而返回式卫星、飞船和深空探测器的再入特点是最大热流率较小,受热时间长,要求材料的密度低,热传导性能差,因而需要采用低密度烧蚀材料(小于1 g/cm3)。美国第一代载人飞船“水星号”最初采用的便是按照导弹防热结构制备的高密度烧蚀材料,其防热结构较为笨重。为了节约发射成本,提高有效载荷,如今世界各国的返回式卫星、飞船和深空探测器大部分已都改用低密度烧蚀材料。下表为典型烧蚀热防护材料的应用实例及其组成材料。

承担了通道照明、舱内仪表等多种载荷表面高辐射热控涂层的研制,有效地降低了神舟飞船内部有效载荷的温度,为电子器件长期、高效地工作起到了关键作用。

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去了趟“非洲”

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承担了神舟十一号载人飞船返回舱、轨道舱舷窗玻璃及涂层的研制生产任务。研制的舷窗玻璃及涂层是密封舱体结构的关键部件,具有优异的承压和光学性能,承受窗体在低气压环境的内外压差,同时为空间观察和成像探测提供光学通道,直接关系到航天员的生命安全和飞行任务的完成。

新一代运载火箭起飞20秒喷400吨水 新一代运载火箭发射时与其他火箭不同的是:发射平台旁的“大流量喷水降温降噪系统”要给发射平台喷水降温,否则火箭发射台内部的仪器设备很可能因高温受影响。 火箭发射平台也要涂“防晒霜” 火箭发射点火的刹那,温度高达2800℃,发射平台既要能承受强热流的冲刷,又要耐得住强高温。为延长发射平台的使用寿命,在每次火箭发射前,技术人员都要为即将执行发射任务的平台表面涂覆大面积“防晒霜”——特种防护涂层。

威尼斯国际平台app ,当火箭发射平台的“美容师”并不是一件轻松的差事。戈壁滩上,在大漠黄沙、烈日炙烤的环境中,中午的实际温度高达40多度,即使什么都不干,站上半天,也容易中暑,更何况该所的“美容师”们还要头顶烈日开展户外施工。

承担了飞船返回舱天线防热窗的研制生产工作。天线防热窗应用于神舟十一号载人飞船的测控通信系统,在飞船返回舱再入大气的阶段,起到防热耐烧蚀的关键作用,为飞船返回舱天线系统与地面指挥中心的正常通讯提供保障。

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既然如此,为何要选在一年之中最热的季节进行施工呢?这是因为,火箭发射平台上涂覆的特种防护涂层的固化温度,必须始终要保证在15度以上。

承担了“回收一号”探测雷达用微波介质材料的研制生产任务。“回收一号”雷达主要用于对神舟系列载人飞船返回舱进行捕捉跟踪及轨道测量。微波介质材料在雷达中起到微波信号传输的重要作用,是雷达系统中的关键元件。

“长七”火箭是坐“沙发”去的发射场 火箭走公路、铁路,就像坐‘硬板床’;乘船走海运,就好似坐‘沙发’。 “长七”火箭转场能转弯 长征七号火箭在转场过程中要拐4个60度的弯。为何要拐弯?是因为要和长征五号火箭共用一个转运轨道,节省占地面积。 火箭也有“脐带” 胎儿在母体里的10个月,脐带起到了至关重要的作用,它为胎儿吸取养料、排除废料。火箭在到达发射场之后,也有着这样重要的“脐带”,与母体内的脐带有着异曲同工之妙,它就是火箭的加注管道、供气管道、空调管道以及电缆等等,它们向火箭源源不断地输送燃料、供气以及调节体温。

为了充分利用白天的“高温”,“美容师”们总是在吃过早饭后不久开始作业。虽然地面温度非常高,但为了防止在露天环境下晒伤,大家必须穿上不透气的防晒服,往往是汗水闷在了衣服里,干燥的气候又使得衣服只能“表干”,穿着外干里湿的贴身衣服着实不好受。

此外,上海硅酸盐所研制的光学成像敏感器钛合金光学部件用消杂散光涂层和不锈钢灰色化学转换热控涂层将在神舟飞船与天宫二号的交会对接过程中分别起到保障精准对焦和为姿控发动机提供热防护与热控的作用。

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为了充分利用天时的便利,“美容师”们每天工作时间长达十几个小时。一天的工作结束后,回到宿舍,大家都像散了架似的瘫在床上。

据悉,先期随天宫二号发射入轨的综合材料实验装置目前已完成第一批次6支样品实验,材料生长炉温场控制满足实验需求。

火箭体重90%是燃料 火箭是个“钢筋铁骨”的大个子,体重几百吨,这个大家伙体重的90%甚至更多都是燃料。 以长征七号火箭为例,火箭的总体重为500余吨,箭体外壳、电缆、仪器等重量加在一起只有50余吨,其余都是液氧煤油推进剂的重量。火箭是卫星等载荷通往太空的“专车”,对于这辆“专车”来说,车本身的自重越小越好,能提供动力的燃料越多越好。因为这样,就可以把尽可能多的“运量”留给“乘客”。 “长七”火箭可抵八级风 海南文昌发射场有“浅层风”,给长征七号运载火箭垂直转场带来挑战。为了提升抗风能力,涉及部门给‘长七’火箭装上了‘防风减载装置’,这样一来,即使遇到8级大风的天气,‘长七’火箭依旧可以转场,它的抗风能力超过现役火箭。

当“美容师”们从酒泉卫星发射中心归来,同事们常拿他们晒得黑黝黝的皮肤开玩笑,说他们是去了趟“非洲”。

上述材料及相关载荷的研制为神舟十一号载人飞船的成功发射和在轨实验的顺利展开提供了保障。

“宁脱一层皮,不误一天工”

酒泉卫星发射中心有两个发射平台,给这两个平台刷上防护涂层,光是用料就将近4吨,喷漆面积更是达到2000多立方米。在每次涂覆涂层之前,“美容师”们还需要将上一次火箭发射对平台造成的烧蚀表面进行打磨。单是这一项准备工作就需要七八台打磨机同时开工,将烧蚀过的涂层打磨掉后,还要再用几百公斤的溶剂进行清洗,然后才能给发射平台涂覆新的防护涂层。

单单是4吨多的配料过程就让“美容师”费了很大的劲。他们需要将树脂涂料加上纤维、填料等七八种成分放入搅拌器搅拌后,从发射台底部运送容器到6米高的平台上,然后对发射平台从上到下进行防护涂层的喷涂。烈日当空、负重爬梯,在广袤的戈壁滩上,该所的“美容师”要完成“美容”的活就得待上个把月。“宁脱一层皮,不误一天工”,这些发射平台的“美容师”再苦再累,都始终把确保火箭发射进度放在第一位。

每次火箭发射成功,人们都惊叹于神箭、神舟的完美演出,但鲜有人知道这些发射平台的“美容师”们,他们同样是戈壁滩上的真英雄。 来源:中国航天网

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