穿越冰天火海，飞船没有这件“保温衣”可不行

中国航天科普微信公众号 2019-05-27

　　入春以来

　　北京天气忽冷忽热

　　大家是否也是在羽绒服和小短袖之间来回切换

　　每天为穿什么而纠结呢？

　　最近，小编发现有这么一件“衣服”，

　　能够一劳永逸地解决温度变化问题，

　　想不想拥有一件？

　　400℃的温差又如何？

　　这件衣服其实是穿在飞船身上的“保温衣”，有了它，对抗400℃的温差都不是事。

　　飞船在轨飞行的过程中，受到日照等环境因素的影响，会遭遇巨大的外部温差变化，由于飞船轨道舱和推进舱的外壳均为金属材料，这种金属材料的导热性能是非常好的，如果直接裸露在外的话，其壳温会随着环境温度的改变在－200～200℃之间剧烈变化，简直是冰火两重天。

　　正在受日光照射的神舟飞船

　　如果不采取措施，飞船内部温度也会随着壳温的改变发生变化。我们知道飞船里面装有各种实验仪器和设备，如果是载人飞船，还必须考虑有执行任务的航天员在舱内，这种温度的改变，显然不是他们所能够承受的。

　　航天员杨利伟在神舟五号飞船中

　　为了解决这个问题，科研工作者给飞船穿上了“保温衣”，“保温衣”由多层隔热材料制成。材料的导热性能可以用当量导热系数来表征，比如，建筑中常用的保温砖的当量导热系数一般为0.2～1.2W/（m·℃）。理论上，当量导热系数越低，材料的隔热效果越好。多层隔热材料的当量导热系数能达到10-5W/（m·℃）的量级，也就是说，穿上这件“保温衣”，就能在很大程度上减少飞船与外部环境的热传递了。

　　科研人员正在为航天器的后盖和隔热板上缝合隔热材料

　　怎么样，这件“衣服”是不是很诱人，如果能够拥有一件这样材质的衣服，温度从此就不能限制我们的脚步了，想要去夏威夷，还是南北极，穿上它说走就走。

　　太空版“金缕衣”？

　　“保温衣”由多层隔热材料制成，正如材料的名称一样，这种材料是由多层反射屏和间隔层叠合在一起的组合材料。而令人不可思议的是，多层隔热材料的组成材料中居然有金、银和丝绸。

　　多层隔热材料的反射屏一般采用双面镀铝、银或金的聚酰亚胺薄膜或涤纶薄膜，其表面辐射率一般为0.02～0.04（表面辐射率是指物体表面辐射热量能力的系数，其值在0和1之间，其值越小，表明该表面辐射热量的能力越低）。间隔材料多用质地疏松的纤维纸或织物（丝绸、尼龙纱、涤纶纱等）制成。这件“保温衣”由这么多名贵的材料制成，真是堪比金缕衣了。此外，多层隔热材料的层数可以根据需要进行选择，各层之间为真空，其隔热效果与隔热屏的层数及表面辐射率有关，隔热屏层数越多，表面辐射率越低，其隔热效果越好。

　　多层隔热材料组成结构示意图

　　小编曾经以为唐诗中描写的金缕衣只存在于历史和电视剧中，没想到飞船的这件“保温衣”也堪比金缕衣，不难想象，这件“保温衣”一定价值不菲。

　　原来是个高定的暖水瓶！

　　“保温衣”的组成材料是不是有点高大上，但它的隔热原理可是很接地气呢，竟和暖水瓶一样？！多层隔热材料和暖水瓶都利用了真空隔热保温的原理。

　　以暖水瓶为例，暖瓶为两层结构，反射屏为镀银的玻璃，中间抽成了真空。而如果暖水瓶不能保温，其原因大都是因为瓶底封闭的抽气孔破了，玻璃夹层中进入了空气。同样的，对多层隔热材料来说，真空也是它具有隔热效果的必要条件之一。不一样的是，暖水瓶的抽气孔易碎，因而要注意保存。多层隔热材料却没有这么脆弱，科研工作者还故意在多层隔热材料上打上很多小孔，这又是为了什么呢？

　　其实这是因为，太空中为真空环境，飞船在轨运行中由于受到压强的作用，多层隔热材料内部的空气就会自动扩散到太空中，其内部自然也就形成真空了，这样是比较经济、安全的选择。