中國神舟十三號載人飛船返回艙4月16日在東風(fēng)著陸場成功著陸，在空間站“出差”半年之久的航天員翟志剛、王亞平、葉光富安全順利出艙，神舟十三號載人飛行任務(wù)取得圓滿成功。為保護神舟飛船平安回家，多種化工新材料立下了新功。
記者了解到，與神舟十二號相比，神舟十三號采用快速返回方案，航天員返回時長從之前的一天縮短到8小時左右。返回過程要經(jīng)過軌返分離、推返分離、過黑障區(qū)、開降落傘等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，還要經(jīng)過嚴酷的空間環(huán)境和軌道條件考驗。特別是當(dāng)返回艙進入大氣層后，將與空氣發(fā)生劇烈摩擦，艙體表面局部溫度可達上千攝氏度，但是神舟飛船里面搭載著航天員，所以返回艙內(nèi)的溫度不能超過30℃。
為了確保艙內(nèi)溫度適宜，飛船控溫的主要手段就是依靠防熱結(jié)構(gòu)對艙內(nèi)進行保護。科技人員在艙體表面設(shè)計了防熱涂層，敷設(shè)有一層燒蝕防熱材料。這種防熱材料在高溫條件下會發(fā)生分解、抗化、升華等一系列吸熱反應(yīng)，從而帶走大量的熱量，保護內(nèi)部結(jié)構(gòu)。楊利偉在選入中學(xué)語文課本的《太空一日》里曾經(jīng)提到過：“快速行進的飛船與大氣摩擦，產(chǎn)生的高溫把舷窗外面燒得一片通紅;接著在映紅的舷窗外，有紅的白的碎片不停劃過。飛船的外表面有防燒蝕層，它是耐高溫的，隨著溫度升高開始剝落，并在剝落的過程中帶走一部分熱量?！?/span>
這種材料采用蜂窩狀結(jié)構(gòu)，在同樣密度的情況下這種結(jié)構(gòu)的強度最高，從研制的100多種防熱材料里脫穎而出，可以承受2000℃的高溫，保護神舟飛船平安回家。此外，為防止這種材料發(fā)生熱脹冷縮，不能把防熱材料和承力結(jié)構(gòu)材料硬捆在一起，又不做任何處理，應(yīng)力就足以使防熱層開裂，后續(xù)返回時就會發(fā)生不可想象的后果了。美國的阿波羅飛船是在防熱層和承力層之間加裝了滑動桁條。神舟飛船則是直接把防熱層粘接在承力層殼體上，使結(jié)構(gòu)更簡單、質(zhì)量更輕。
除此之外，在神舟十三號載人飛船的關(guān)鍵部位還采用了中國建材集團有限公司研制的防/隔熱一體中密度預(yù)混料、高強紗和濟南圣泉集團股份有限公司生產(chǎn)的酚醛空心微球。防/隔熱一體中密度預(yù)混料可有效發(fā)揮防熱、隔熱作用，維持返回艙內(nèi)的適宜溫度;高強紗可應(yīng)用于返回艙的隔熱層，滿足返回艙“耐溫、保溫、堅固”要求。酚醛空心微球是一種內(nèi)核為空氣或其他氣體、外層為酚醛樹脂的具有特殊中空結(jié)構(gòu)的新材料，具有粒徑小、密度低等特點，可發(fā)揮耐燒蝕、保溫隔熱、吸收電磁波等作用，使返回艙內(nèi)溫度保持在安全范圍內(nèi)，為返回艙元器件正常工作、航天員安全保駕護航。
中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所也為神舟十三號載人飛船任務(wù)的順利完成作出重要貢獻。該所研制的長壽命低比值無機熱控涂層、耐高溫隔熱材料與組件、返回艙舷窗防燒蝕污染涂層、姿控發(fā)動機熱防護材料、舷窗玻璃及光學(xué)涂層、返回艙防熱天線窗、消雜散光涂層等多種涂層材料得到應(yīng)用。其中，返回艙舷窗防燒蝕污染涂層在經(jīng)歷183天在軌艙外運行后依舊保持了優(yōu)異的自清潔功能，保證了返回艙返回大氣層過程中窗口受到燒蝕材料揮發(fā)污染后仍具有清晰的透明度，使宇航員在返回地球過程中能通過窗口隨時有效觀察外部情況，也為地面搜救隊員在飛船著陸后能首先通過窗口觀察艙內(nèi)狀態(tài)提供了保障。
返回艙除了溫度要控制好“火候”，速度也要控制得恰到好處。神舟飛船在軌道上運行的速度接近第一宇宙速度，在如此快的速度下，要確保航天員的安全，就必須對返回地面后的最終著陸速度進行控制。為實現(xiàn)這一目標(biāo)，科技人員在飛船研制階段開展大量試驗驗證和數(shù)據(jù)判讀，保證飛船在著陸過程中逐步降低速度。返回前，由推進艙軌控發(fā)動機實施制動，降低軌道能量和軌道高度，確保飛船再入大氣層;返回艙具有特定氣動外形，進入大氣層后，依靠空氣動力產(chǎn)生的阻力和升力減速;返回艙運動至地面附近時打開降落傘，進一步降低速度;快著陸的瞬間開啟返回艙底部的著陸反推發(fā)動機，最終將落地速度降低到一定范圍內(nèi)。此外，為降低宇航員的著陸沖擊，東南大學(xué)為神舟十三號飛船返回艙研制了泡沫鋁吸能部件。承擔(dān)研制任務(wù)的科研團隊在泡沫鋁制備、性能研究等方面有著長期積累，為神舟五號至今的系列飛船、風(fēng)云四號衛(wèi)星等航天裝備研制了多樣化的多孔材料部件。
神舟十三號載人飛行任務(wù)取得圓滿成功，標(biāo)志著空間站關(guān)鍵技術(shù)驗證階段的完美收官，中國空間站即將進入建造階段。2022年中國空間站將完成在軌建造，6次飛行任務(wù)計劃實施，包括發(fā)射天舟四號貨運飛船、神舟十四號載人飛船、空間站問天實驗艙和夢天實驗艙。我國首個大型空間巡天望遠鏡的發(fā)射計劃也將于2023年執(zhí)行。這些都需要研制更多特種性能和用途的化工新材料，為我國航天事業(yè)發(fā)展作出貢獻。