星空浩瀚无比,探索永无止境。此时此刻,中国空间站正载着神舟十六号航天员乘组在近地轨道飞行。人类探索外太空离不开航天器。为了保证舱内航天员安全和仪器设备正常工作,航天器内部需要维持在合适的温度范围。为此,航天器上都有一套经过精密计算、设计的热控制系统,其中的热控涂层对控制航天器温度起到至关重要的作用。
不过,像低轨卫星、宇宙飞船、空间站这些低地球轨道的航天器,会面临一个致命的威胁,那就是原子氧对热控涂层的侵蚀。
近地空间有稀薄的空气,在太阳紫外线的作用下,氧气分解为原子氧,占比高达80%,原子氧与高速运动的航天器相互作用,可以引起航天器结构材料的剥蚀老化,破坏航天器热控涂层,严重危害航天器的可靠运行。
中国科学院上海硅酸盐所研究员宋力昕介绍说,有研究结果表明,原子氧与航天器碰撞产生的相对动能高达5电子伏特,在原子氧强烈冲蚀效应产生的化学侵蚀和机械冲蚀作用下,航天器表面材料受到严重剥蚀,从而使其性能过早退化、最终导致失效,大大降低航天器的服役寿命和安全性。
面对原子氧这块低轨航天器发展道路上的绊脚石,中国科学院上海硅酸盐所的科研团队十几年前就开始谋划布局,用十年磨一剑的精神为我国的低轨航天器量身打造金钟罩、铁布衫。中国科学院上海硅酸盐所研究员宋力昕表示,他们主要是采用涂层的技术,保证原子氧达到航天材料表面它不能够穿透,在表面就给它吸收掉。
正是得益扎实的基础研究支持,上海硅酸盐所抗原子氧涂层材料在技术原理上最终取得重大突破,产品在一些型号的结构件和电源系统中实现了应用,并逐步走向了批量化应用阶段,为我国低轨卫星星座的发展提供了强有力的材料支撑。
据了解,中国科学院上海硅酸盐所承担了我国几乎所有型号航天器用特种无机热控涂层的研制和生产任务,多种涂层与材料解决了关键核心技术问题,成功应用于风云系列卫星、载人航天工程、探月工程、北斗组网卫星、火星探测“天问一号”以及空间站等多个国家重大型号,为我国航天事业作出了重要贡献。