什么样的外衣让嫦娥比DIA更强大

当嫦娥五号返回地球时，进入大气层后的高速摩擦会使探测器表面温度高达3000，几乎连钻石都会在这个温度下熔化，然后——

嫦娥五号任务是中国探月工程的最后一战，分“盘旋、坠落、返回”三个步骤。如果把整个任务比作接力跑，那么嫦娥五号返回地球就是最后一棒。

据报道，嫦娥五号返回者以每秒——11.2公里的第二宇宙速度返回地球，高速摩擦将在探测器表面产生3000以上的高温。如果高温传导到返回舱内部，会对月球“土特产”产生影响。因此，科学家们设计了一系列措施来确保嫦娥五号返回者安全回家。

穿“拼接款”是因为不同部位的防热要求不同

流星，我们都很清楚，是由于地球引力的作用，太空中的尘埃和固体块进入大气层，高速摩擦大气层而产生的天文现象。在这个过程中，大部分物质被燃烧，很少有物质能到达地面形成陨石。

在飞行过程中，航天器还会与大气发生剧烈摩擦，导致航天器表面温度超高。如果不使用耐热材料，飞船的表面材料很快就会变形，在高温作用下融化消失(也叫烧蚀后退)，最后像流星一样消失在天空。

耐热材料，顾名思义，起到防止产品内部结构被外部高温熔化的作用。航天器耐热材料在耐高温的同时需要发挥其结构承载能力，是航天器的“骨骼”。

据报道，由于航天器不同部位对耐热材料的要求不同，因此需要选择不同耐热温度的材料。例如，环氧树脂基复合材料可以承受120左右的温度，具有广泛的应用，可以应用于火箭整流罩、卫星结构等。马爽树脂基复合材料能耐受200以上的温度，主要用于火箭防热地板和仪器舱段等，聚酰亚胺基复合材料能耐受500左右的高温，可应用于火箭和航天器的耐高温部件。

对于高速穿越大气层的航天器来说，轻装旅行可以飞得更远。比如火箭末级每减重一公斤，可以增加有效载荷1公斤，或者增加射程15公里左右。中国运载火箭技术研究院航天材料与技术研究所特约总工程师朗姿表示，降低材料密度并不难，但要使材料密度低，同时又能耐高温、隔热性强，是非常困难的。

为了减轻航天器的载荷负担，研究人员应确保嫦娥五号返回舱耐热材料每1g用在叶片上。最后，根据各部分的不同加热条件，他们在外底迎风面、外底背风面、外底角环、迎风面侧壁、侧壁背风面、侧壁舱口盖和边缘耐热环以及稳定翼上施加了7种不同成分的耐热烧蚀材料。

比如空气动力学发热最严重的外底结构是一种新型轻质低密度烧蚀防热材料，密度约为0.5克/立方厘米，热流环境为6兆瓦/平方米；转角采用连续纤维增强中低密度结构材料；侧壁结构由密度约为0.36克/立方厘米、热流环境为1.5兆瓦/平方米的超轻蜂窝增强耐热材料制成。这七种材料相互配合，和谐相处，防暑减肥。

隔热外套应能装下“大火炒”和“慢火炖”

嫦娥五号返回舱采用了一种非常有特色的再入方式：半弹道跳跃再入，形象地说是带水返航。让返回者先高速进入大气层，然后借助大气层提供的升力“跳跃”，然后在fi处重新进入大气层

具体来说，在进入返回轨道时，返回者以第二宇宙速度进入大气层，即每秒11.2公里，从北京到上海不到100秒。当以第二宇宙速度运动时，材料的温度将达到3000以上。

进入大气层后不久，为了减速，返回舱会跳起来返回太空，此时外部温度为-120。然后它以每秒7.8公里的第一宇宙速度进入大气层，此时物质的表面温度约为1800。

打个比方，如果把还回者比喻成一个锅，那么上述过程就相当于把锅放在大火上炸，然后放入冰块中，再从冰块中取出，经过小火慢炖。所以这种耐热材料不仅要经历冷热交替，还要经历“大火煸”和“小火慢炖”的双重考验，对最外层的耐热材料要求极高的高温烧蚀强度。

“中国对空间探索耐热材料的研究始于20世纪80年代，但如此复杂的情况在中国的空间探索活动中尚属首次。”朗姿表示，为此，团队集中力量攻关，最终创新性开发了碳基材料体系，成功解决了烧蚀、退料等问题。

据了解，之前世界上最好的防热材料是改进型Avcoat5026，它是阿波罗飞船使用的防热材料，也是唯一经历过载人登月，回到之前特别恶劣的热环境的防热材料。改进后的Avcoat5026密度约为每立方厘米0.56克，在热流作用下可分解融化，通过质量消耗带走大量热量，防止热流重返大气层时进入飞机。

然而，这种耐热材料的制造工艺复杂，周期很长。以猎户座飞船外底为例，这种耐热材料的制造需要6个月的时间。而嫦娥五号探测器隔热材料密度为0.5g立方厘米，成型周期为猎户座飞船外底的1/25。