首页 新闻媒体 行业新闻 隔热降噪泡沫伴“天问一号”在火星过大年

隔热降噪泡沫伴“天问一号”在火星过大年

02月18日 182

2021年2月10日19时52分,中国首次火星探测任务“天问一号”探测器实施近火捕获制动,就是在火星附近“刹车”减速,被火星成功捕获进入环火轨道,成为火星的一颗卫星。在各项硬核装备中,国产隔热降噪发泡材料为中国火星车安全保驾护航,又一次体现了发泡材料在航天领域的特殊应用价值。

 

2020年7月23日12时41分,在海南文昌航天发射场,随着中国新型长五运载火箭携带首台火星车腾空而起,中国首次火星探测任务“天问一号”顺利启程,开始了我国首次火星探测之旅!“天问”之名来源于中国古代爱国诗人屈原的长诗,体现了我们的先民们对自然和宇宙空间探索精神。这项宏伟的计划将实现火星环绕、着陆和巡视三项任务,这在人类火星探测史上是前所未有的。实现了我国在深空探测能力上跨越式发展,成为世界上第三个在火星着陆、第二个在火星巡视的国家。

天问一号整体样貌

天问一号整体样貌 图源:航天科技集团

 

低温助推器绝热

 

为了航空航天飞行器的安全高效飞行 ,需要使用大量轻质发泡材料,这次运载“天问一号的“长五”也不例外。“长五”火箭体型彪悍,个头大,力气大,体重接近900吨,却飞出了我国运载火箭的最快速度。由于火箭发射时尾部火焰温度会达到3000度之高,如果隔热没有做好,液氢就会在沸腾中消耗殆尽,必须要通过绝热方式进行控制。“长五”火箭使用液氢液氧推进剂,其中,液氧的温度达-183℃,液氢的温度可达-253℃,已经接近-273.15℃的绝对零度了。低温推进器在严酷环境中长时间运输中得到大量蒸发,这将影响燃料供应并限制在轨道任务的时间。

长征五号升空

长征五号升空 图源:航天科技集团

 

为此,技术团队为“长五”火箭外储燃料箱配置了专门的“防寒服”,虽然只有十几毫米厚,却是让箭体保持体温的“利器”,“防寒服”里最主要的材料叫做“低密度全闭孔聚氨酯泡沫塑料”,材料研制人员通过千余次试验,将十种原材料按照一定的配比高速撞击混合反应而成,其超强的耐高湿高温性能保证隔绝了接近极限的深低温。液氢液氧进入箭体之后,整个储箱都护有聚氨酯泡沫绝热层。这样的聚氨酯泡沫绝热层仅仅几厘米厚,却能让“防寒服”保证巨大的火箭不被外界热量入侵。同时实现了火箭材料的轻量化,保护了火箭内部的仪器、设备、电缆等正常工作。

低密度聚氨酯泡沫

低密度聚氨酯泡沫 图源:General plastics

 

整流罩隔热降噪

 

像长征五号这样大型运载火箭在近地轨道发射时带来了较为严重的振动和噪声问题,需要隔热降噪材料来减轻火箭整流罩冲击的巨大噪音——尤其是整流罩的内声场降噪。同时要满足火箭整流罩材料的高强度、轻质、耐高温且无线电透波性强的功能,因为火箭升空穿过大气层时,整流罩可以使航天器免受气动力和气动热影响以致损伤。因此,性能可靠的三聚氰胺树脂泡沫成为隔热降噪的新型应用材料之一。

郑州峰泰纳米材料有限公司

图源:郑州峰泰纳米材料有限公司

 

三聚氰胺树脂泡沫是一种以三聚氰胺为原料制造的可弯曲的柔性的开放式泡沫,是氨基塑料族中的一种热固树脂塑料。其特点体现在精细的三维丝网结构,具有优异的吸声性、阻燃性、隔热性、耐湿热稳定性等综合性能,是新一代的绿色节能型吸声隔热轻量化材料。是火速火箭整流罩吸声性、隔热性、孔隙率皆佳的选材要求,达到整流罩协同降噪,抵抗巨大冲击热能。

改性三聚氰胺树脂泡绵生产线

改性三聚氰胺树脂泡绵生产线 图源:亚迪纳新材

 

隔热降噪氨基泡沫护“天问一号”出征

隔热降噪氨基泡沫护“天问一号”出征 图源:绿宇新材


当然,三聚胺基树脂泡沫不仅在此次的“天问一号”运载火箭中应用,在我国第一个真正意义上的太空实验室“天宫二号”也存在默默奉献的影子。噪音是航天员在空间环境中能否安心工作的一大影响因素。过去,航天工作舱内一些设备日夜不停地工作,会发出各种噪声,对航天员来说是一种“折磨”。三聚胺基树脂泡沫优异的吸声降噪功能最大限度地减轻噪声对航天员的影响,中国航天科技集团决定用该材料,对“天宫二号”的综合性能特别是在设备噪声控制和舱内安静工作、休息空间方面进行大幅度提升。

 

着陆器背罩隔热

 

地球距离月球的最近距离为36万公里,而距离火星近则5000多万公里,远则4亿公里。“天问一号”探测器飞离地球母星1.7 亿公里,总飞行里程已超过 4.5 亿公里,在最后的冲刺阶段,抵达火星上空后将在合适的时机寻求着陆器安全登陆。此过程中最大的难点在于“恐怖七分钟”,即再入、下降与着陆过程中,要在7分钟内将探测器的时速从两万多千米/小时降低至0。如何做好探测器的热防护,关系着火星车能否安全到达火星表面开展相关工作,决定着“天问一号”探测任务的成败。

火星上的大气虽然稀薄,但仍然可以烧毁着陆器。“天问一号”着陆器前端有一个整流罩,这是一个隔热装置,用于保护“天问一号”的着陆器,其使用的是航天级的耐热材料制造。“天问一号”整流罩的隔热层部分运用高性能树脂碳纤维复和材料,PMI(聚甲基丙烯酰亚胺)发泡结构芯材可作为整流罩防热复合材料的夹芯结构为高速冲击过程中绝热提供了一种可靠方案。

“天问一号”着陆器结构图,整流罩下面是着落平台

“天问一号”着陆器结构图,整流罩下面是着落平台

 

PMI发泡材料具有比重小、耐高温、低介电常数与损耗、抗压强度高、比强度高、抗疲劳和蠕变性能好等优点,同等密度条件下,PMI发泡材料的拉伸、压缩、剪切、弯曲等强度和模量指标均远高于其他发泡材料。PMI结构发泡芯材用于火星着陆器整流罩的隔热夹芯层具有轻质、高刚性、高导热热、膨胀率低的先天优势,既配合整流罩的大幅度减重及发动机的稳定运行,也可实现剧烈着陆冲击过程中的隔热降噪,提升了系统的可靠性。

PMI闭孔硬质泡沫

PMI闭孔硬质泡沫 图源:赢创

 

PMI发泡材料绝大部分用作碳纤维复合材料的夹芯结构,其复合材料产品在全球航天航空市场增长迅猛,是典型的“天之娇子”。自20世纪70年代以来,PMI发泡材料已经应用于许多航天、航空飞行器中,在航天器机身、旋翼、发动机罩帽、型梁、翼面、壁板、舱门、地板等部位都可以看到它的影子。

铝蜂窝、PMI泡沫和NOMEX®蜂窝

铝蜂窝、PMI泡沫和NOMEX®蜂窝

 

PMI发泡材料实例有:中国长三甲系列运载火箭的4.2米直径全透波火箭整流罩方案中前锥;麦道公司MD11的襟翼导流片、进气道;韦斯特兰直升机公司的“山猫”、“海王”的主、尾旋翼;美国德尔塔运载火箭、SpaceX和欧航局的载荷段整流罩、级间段、中间体、隔热罩和组推器鼻锥结构;空客公司A320扰流器、飞机客舱气密隔板;欧洲直升机公司EC135、NH90的主尾旋翼;波音公司与西科斯基公司联合研制的RAH-66“科曼奇”的旋翼;SAR天线的多边形夹层结构板、探测器桁架结构的支撑杆;哈勃太空望远镜太阳能电池板;机遇号火星探测车减缓车轮转动填充物;毅力号火星车侦探Ingenuity无人机机翼等等,诸如此类,不胜枚举。

 

火星着陆

 

计划2021年5月至6月,“天问一号”探测器择机登陆火星表面。如果天问一号火星任务得以安全着陆的话,任务搭载的火星车,很可能会在这里碰到“老朋友”,这将会是人类航天史上两个不同国家的航天器,首次在外星球上碰面。届时,将有4个“活”着的探测器——好奇号、洞察号、毅力号和“天问一号”同时在火星表面工作,一起为未来的火星移民储备力量。

 

“九天之际,安放安属?”两千多年前,屈原发出这样的“天问”,如今,我国新一代航天人,再一次向浩瀚宇宙发出“天问”。我们期待着更多高性能的国产发泡材料助力中国航天事业,让中华民族探索浩瀚宇宙的脚步迈得更稳、更远!

上海国际发泡材料技术工业展览会

2021.04.28-30

上海跨国采购会展中心

参展联系
参观联系
参观咨询
  • 开展时间
    2021年04月28-30日
  • 展会地址
    上海跨国采购会展中心
    上海市普陀区光复西路2739号
关注我们
国际泡沫展
订阅电子快讯以获取最新消息

输入邮箱,立即订阅2021上海国际发泡材料技术工业展览会信息,更多展会资讯一手掌握

主办单位

北京汇捷通国际展览有限公司

地址:北京市朝阳区时间国际中心A座2003室

电话:+ 86-10-58677998

邮箱:info@interfoam.cn

Interfoam官方微信

©2020 INTERFOAM. ALL RIGHTS RESERVED 北京汇捷通国际展览有限公司 | 京ICP备14038783号-3
我们使用Cookie来个性化内容和广告,以提供于社交媒体功能并分析我们的流量。 我们还与社交媒体,广告和分析合作伙伴共享有关您在我们网站的信息。如果您继续使用我们的网站,即表示您同意我们对此类Cookie的使用。