撰文/平托 何軍 丁為(航天科技集團五院529廠)
5月30日9時31分,景海鵬、朱楊柱、桂海潮3名航天員搭乘神舟十六號載人飛船,在長征二號F運載火箭的托舉下,從東風航天城點火升空,開啟為期約5個月的太空之旅。不僅日常生活中處處包含著化學,中國空間站里也離不開化學,讓我們去看看吧!
呵護神舟飛船的新「外衣」
航天科技集團五院529廠的航天工程師利用宇宙空間以熱輻射為主要熱量傳導方式的特點,為空間站階段的神舟飛船家族設計並研製了一款神奇的控溫外衣——低吸收-低發射型熱控塗層。
低吸收指的是塗層材料自身具有極少太陽光吸收特性,可有效減弱太陽輻照造成的溫度升高;而低發射指的是塗層具有極低的紅外發射率,可有效阻隔飛船內部向深冷環境的輻射漏熱,避免艙內溫度不斷降低。這就保障了空間站階段神舟飛船返回艙在長期的極端高、低溫環境下,依然能夠保持正常「體溫」。
同時,這件新「外衣」可以抵抗宇宙空間中的高能紫外輻照、高能帶電粒子以及原子氧轟擊等環境因素導致的老化和剝蝕,在極端空間環境下也能保持溫控穩定性。
空間站上的「中國紅」
在浩瀚無垠的宇宙中,什麼是最美的顏色?那一定是五星紅旗的「中國紅」!「中國紅」代表著中華民族奮勇爭先的精神,有中國人的地方就有「中國紅」!
中國航天人、廣大科技工作者發揚載人航天精神,創造了一個個奇蹟。從2003年中國首個載人飛船神舟五號的五星紅旗首次太空展示,到嫦娥三號月球探測器上的五星紅旗首次亮相月球,再到1億千米外天問一號火星環繞器上的五星紅旗熠(yì)熠生輝,五星紅旗每一次在太空中展示,都標誌著中國航天科技取得了令世界矚目的成就。
中國空間站項目是國家的重大工程,以什麼樣的方式來展示空間站太空遨遊的風采,記錄下這歷史性的一刻呢?那一定是國旗。
中國空間站在太空遨遊展示國旗的創意醞釀形成後,什麼材料的國旗、多大尺寸、怎麼展示等問題懸而未決。
航天工程師提出了在空間站艙體表面噴塗國旗的方案——噴塗的國旗重量輕,塗層厚度僅為微米級,不會給空間站增加額外「負擔」,可以讓空間站「輕裝」上陣。此外,噴塗的國旗可靠性高,不會因失重或者航天員出艙活動的碰觸而變形。
中國空間站任務周期長、軌道環境複雜,包括原子氧、真空-紫外、高低溫交變及電離輻射等。在這種環境下,常規材料的國旗顏色會退化,甚至會發生國旗脫落的情況。為此,中國空間站國旗採用了純無機材料製備而成,相比於地面織物國旗和以往的太空國旗,它具有更強的耐極端空間輻照及耐氧化性能。
為保證國旗在空間站全壽命服役周期顏色鮮艷、永葆本色,航天工作者對國旗塗層填料(填充劑)進行了改性——通過高溫噴霧的工序,在填料表面形成一層緻密、透明的交聯膜層。這種透明膜層密閉性好,具有耐極端空間環境的性能,既不影響國旗的鮮艷顏色,還能給塗層「遮風擋雨」,有效阻止太空環境對塗層的損傷,進一步提升國旗在空間環境的穩定性。
噴塗空間站國旗像繡花
國旗顏色由紅色和黃色組成,為使國旗色彩符合標準,需要對國旗調色。研究人員基於三原色原理,以紅色顏料或黃色顏料為基準,當國旗顏色偏紅時,在塗層體系里添加高穩定的綠色填料;當國旗顏色偏黃時,就在塗層體系里添加高穩定的藍色填料。就這樣邊調節邊測試,不斷優化塗層配方,經過多次配方調節,最終使國旗顏色完全符合標準。
由於中國空間站艙體表面噴塗了熱控白漆,再加上紅色及黃色塗層,國旗形成了「白-紅-黃」3層塗層結構。國旗噴塗總共有100多道加工工序,整個過程如同繡花,加工工序是「繡法」,操作人員是「繡女」,經過嚴格訓練,操作人員練就了高超的「繡花」技術。
研究人員利用艙外標識塗層技術,還研製出了載人航天工程標識、航天員出艙活動路徑等標識。航天員出艙活動,走什麼路線、怎麼出艙、怎麼執行任務、怎麼回艙內,都必須有明確的指示標識,保障了中國空間站任務的順利進行。
如今,中國空間站已全面進入應用與發展階段。5月30日,神舟十六號載人飛船也來到了中國空間站。讓我們一起期待中國航天人書寫更壯麗的篇章!
本文來自《知識就是力量》雜誌,原標題《飛到太空學化學——中國空間站里的化學》,撰文平托 何軍 丁為,有刪改,原創作品轉載請註明來源。