宇宙飞船和航天飞机的“避火衣”
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2005年10月12日9时，“神舟”六号飞船剑指苍穹，成功发射。历经五天五夜，17日4时32分神舟六号返回舱安然穿越大气层，平稳地降落在内蒙古阿木古朗草原着陆场。
2003年10月16日6时23分，“神舟”五号飞船顺利返回、安全着陆，圆满完成了中华民族首次载人航天飞行的伟大壮举。
2003年元旦0时09分，从太空传来中国“神舟”四号宇宙飞船的新年祝福声，“祝全国人民新年快乐！”飞船在完成预定考察任务以后，返回舱安全返回了指定地面。
“下凡”经受火的洗礼
宇宙飞船和航天飞机从天外“下凡”返回地球，可是一个非常复杂的难题，它们的速度要由第一宇宙速度(7．9千米/秒)进入大气层，利用缓冲火箭和巨大的降落伞(面积有1000多平方米)，使速度逐渐降低。宇宙飞船“返回舱”最后是以3．5～10米/秒的速度软着陆。
而航天飞机降落时的速度要大得多。它需要一条高质量的特殊跑道，在离地面150米时起落架放下，航天飞机最后是以90米/秒左右的速度冲上跑道。滑行约1500米后停下。
在浓密的大气层中，速度极快的宇宙飞船和航天飞机的外壁由于与空气激烈摩擦，要产生大量的热，这就是所谓的“气动加热”。在距离地面60千米左右，温度变得最高，在机头，温度可以达到1000～3000℃。整个机身变成一个炽热耀眼的火球，就像我们经常看到的火流星，与地面的无线电通讯都会暂时中断(称为“黑障现象”)。
这实在让人担心！宇宙飞船的“返回舱”中有宇航员和珍贵仪器资料。所以必须保证宇宙飞船和航天飞机安全“下凡”，经过烈火高温的洗礼，通过大气层顺利返回地面，这就必须研究制造一件宇航器的“避火衣”！
宇宙飞船的“避火衣”
由于宇宙飞船只使用一次，科学家为宇宙飞船“返回舱”精心设计了一件奇妙的“避火衣”。它是用“瞬时耐高温材料”制成的，这是一种特殊纤维材料或多孔颗粒加上有机物组成的，是一种低导热复合材料，这一层材料厚度是经过精心计算设计的。在宇宙飞船不同部位的厚度是不同的。在“返回舱”的前缘是承受温度最高的部位，因此需要重点保护。
当宇宙飞船返回舱由太空“下凡”返回地球通过大气层时，与空气剧烈摩擦将产生大量的热，这件“避火衣”遇到高温时就会主动“引火烧身”。自己先燃烧起来，其中大量的有机物会发生化学分解和气化，带走大量的热量。更奇妙的是：这件“避火衣”在燃烧自己的同时，还形成了一层厚厚的多孔炭化层，紧紧地附着在“返回舱”的外壁，这一层炭化层具有极好的隔热效能，在它严密的包裹下，能有效地防止外界热量传入舱内。
宇宙飞船返回舱的“避火衣”设计十分巧妙，重量比较轻，但是由于它的双重奇妙功能，使“返回舱”中的温度可以保持正常，一般在35℃以下，十分安全。
我国“神舟”号宇宙飞船返回舱为钟形，外部是用耐高温的复合材料制成。返回舱高2.5米，直径也为2.5米，重量约3吨，可以载3名宇航员。返回舱是宇航员的座舱和宇宙飞船的指挥中心，位船的中部，为密闭结构，其上端有舱门，供宇航员进出轨道舱使用，返回舱是宇宙飞船中惟一再入大气层返回地面的着陆舱段。
这种自我牺牲的一次性“避火衣”，使得宇宙飞船返回舱顺利“下凡”返回地面，为宇航事业做出了卓越贡献！
航天飞机穿上“金缕玉衣避火衣”
宇宙飞船只使用一次，可航天飞机要在地球和太空往返75-100次，而且载重量大大超过宇宙飞船，因此，这种一次性自我牺牲式“避火衣”就不能适用了。科学家必须找到一种耐高温又不会被烧坏的超级“避火衣”！
经过艰苦的努力，航天飞机的超级“避火衣”研制成功了，是用什么材料制成的呢?原来竟然是陶瓷，当然与古老的陶瓷大不相同，它是新型复合高温陶瓷，主要由耐高温的碳化物、氮化物、氧化物(如碳化硅、氮化硼、氧化锆等)材料组成，经过现代特殊工艺加工制成。
这种“复合高温陶瓷瓦片”主要由两部分构成，外层包覆的是高辐射陶瓷材料，内部是导热系数非常低的耐高温陶瓷纤维。
航天飞机的外型很像一架三解翼飞机，形状比起宇宙飞船的“返回舱”要复杂多了。要想为它穿上严严密密的陶瓷“外衣”十分困难。科学家精心设计了31000块陶瓷瓦片，每块长15～20厘米、厚0．5～9厘米。每片价格2000-3000美元。使用时再把它们拼接起来，仿佛中国古代的“金缕玉衣”一般，非常合身。
这样做还有两个好处：一是每个陶瓷片之间都留有微小空隙，可以防止它们受热变形互相挤压而损坏；二是如果个别陶瓷片毁坏，修理起来方便。
在航天飞机的机头和机翼的前缘，温度最高，必须重点保护，使用最厚的“陶瓷瓦片”。这些陶瓷片都按照设计预先标好号码，对照工艺图纸，一一对号入座。利用一种特殊的“高效阻燃胶”，用手工一片一片粘贴到飞机上。由于工艺要求非常高，美国第一架航天飞机共用了12000名技术工人，足足花了一年时间才完成“避火衣”的粘贴工作。后来为了提高效率，专门设计了粘贴陶瓷片的机器人。
这件超级“避火衣”近一万公斤重，价值达3.6亿美元。
1981年4月，美国“哥伦比亚”号航天飞机就是穿着这件昂贵的“金缕玉衣避火衣”，完成了太空考察。经过烈火考验返回地面以后，在31000多块降温瓷片中，需要更换的只有1300块，占总数的4.5％！又经过不断改进，在此后几次宇航飞行中，都获得了成功。
呼唤新型“避火衣”
然而，2003年2月1日却发生了轰动全球的悲剧：美国“哥伦比亚”号航天飞机在返回地球时爆炸失事，7名宇航员全部遇难，酿成了轰动全球的航天事故。
“哥伦比亚”号航天飞机的失事原因，经过科学家认真分析，据判断就是“避火衣”出了问题：有1-2块避火隔热的“陶瓷片”损坏或脱落，使烈火进入机身，高温使航天飞机爆炸坠毁！
目前，科学家准备把航天飞机避火隔热的“陶瓷片”，由高辐射陶瓷材料改为耐高温的“特殊合金层”，这样可以大大加强陶瓷瓦片“避火衣”的抗撞强度。
对于各种宇航飞行器的“避火衣”，各国科学家正在继续研究，它是保证宇航器安全返回地面的关键设施之一。而且，如果能减轻“避火衣”的一些重量，对发射火箭推力的要求就可以降低很多，从而可以大大降低宇航工程的成本。据计算，宇航飞行器的“避火衣”重量减轻1千克，可以使推动火箭减少500千克；“避火衣”减轻15％，那么可以使宇航器的飞行距离与上升速度各增加10％！