中科院多项关键涂层材料成功应用于探月工程“嫦娥四号”
12月8日2时23分,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功发射嫦娥四号探测器,开启了人类首次月球背面软着陆探测之旅。在此次航天任务中,中国科学院上海硅酸盐研究所承担了热控涂层、难熔合金高温抗氧化涂层、高摩擦抗冷焊涂层、高温隔热屏、柔性薄膜热控涂层及低温多层隔热组件等关键材料的研制。
在漫漫的奔月征程、落月冒险,以及之后的月球生活中,科研人员给嫦娥四号准备了多套“衣服”,确保它能够应付各种不同的状况。其中,出自上海硅酸盐所的“衣服”就有10多件。他们针对嫦娥四号不同“身体”部位的需求,或不同“皮肤”的特性,采用不同的“剪裁”、不同的“布料”,最终确保嫦娥四号能够像一只恒温动物一样,不管外界环境如何冷热剧烈变幻,“身体内”始终保持在一个适合生存的温度区间,也保证自己能够自如地做出各种动作。
其中,热控涂层“衣服”的种类最丰富。顾名思义,这些“衣服”与温度的控制息息相关。白天的嫦娥四号,太阳光直射下的表面温度高达100ºC,热控涂层可有效反射太阳光,并向外辐射吸收的热量,从而保证“身体”温度正常。而在嫦娥四号不同的部位,热控涂层的性能也各有差异。例如在月球车上的柔性薄膜热控涂层则更加注重“防晒”能力,而金光灿灿的低温多层隔热组件就像是一层“铠甲”包裹着暴露于太空中的仪器,使其无畏白天100℃ 、夜晚-200℃的温度剧变。
在嫦娥四号特殊的位置还有专用“工作衣”,“穿”在着陆器7500N变推力发动机外的高温隔热屏,像“裙子”一样包围着发动机喷管。在发动机和喷管点火时,这件厚度仅为1厘米的 “高温衣”正面在800~1400℃高温气流冲刷下,能保证其背面的温度不超过100℃,实现发动机高温边界与探测器本体的热隔离。
高温合金抗氧化涂层位于探测器的姿控发动机喷管内外表面。由于需要多次改变轨道,姿控发动机会多次点火,该“变温衣”不仅能适应点火与熄火的冷热剧变,牢牢附着于喷管表面而不脱落,还能保护喷管的合金材料不会在高温下被燃料氧化,保证探测器平稳工作。
月球车的帆板打开与收缩,对真空低温条件下帆板的骨架金属材料是一种严苛的考验。如果没有耐摩擦抗冷焊涂层,金属杆在低温下就像是被焊接一样粘在一起。有了这件“运动衣”,月球车相当于做好了“热身运动”,确保不会在运动中受伤。
据新华社消息,嫦娥四号探测器后续将经历地月转移、近月制动、环月飞行,最终实现人类首次月球背面软着陆,开展月球背面就位探测及巡视探测,并通过已在使命轨道运行的“鹊桥”中继星,实现月球背面与地球之间的中继通信。(涂界综合)
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