材料简介

航天飞机轨道器的主要特点之一是外表面敷有可重复使用的防热瓦，它能防护轨道器再入时遇到的气动热。2003年2月1日，美国哥伦比亚号航天飞机返回地面时在空中解体，使机上7名航天员全部遇难，就是因为防热瓦出现问题。防热瓦主要用作轨道器返回时的防热，而轨道器外形比较复杂，所以设计人员根据轨道器返回时机身各处的热环境采用了四种不同类型的防热瓦。

材料种类

一种采用高温可重复使用的表面

隔热材料

，俗称

高温防热瓦

。它用在温度为648～1260℃的表面，如机身中、前段和机翼的下表面。航天飞机再入时，以40o的攻角飞行，所以机身和机翼的下表面为迎风面，是鼻锥和机翼前缘以外的最高热流区。此种防热瓦约使用了20000多块，每块尺寸为152.4毫米×152.4毫米。其厚度随该处热流水平而不同，范围为19.5～64毫米，覆盖面积达480平方米，总重达4413千克。

另一种防热瓦采用碳碳复合材料。它主要用在机身的

鼻锥

、

机翼

前缘。该防热瓦总重约1698千克，使用的表面积约38平方米，使用处表面最高温度约1650℃，表面呈黑色。

第三种防热瓦采用低温可重复使用表面隔热材料。它俗称低温防热瓦，用在温度371℃～648℃的表面，如机身中、前段和机身的上表面(由于这些位置处在背风面，所以表面温度不高)。此种防热瓦共用了7000块，每块尺寸为203毫米×203毫米，厚度随该处热流水平而变化，覆盖面积达255平方米，总重1014 千克，经涂层处理表面呈白色。

最后一种防热瓦采用柔性可重复使用表面隔热材料。该防热材料是一种硅橡胶浸渍的毡状物，用在表面温度371oC以下的部位，如机身上表面和机翼上表面的后段以及机身两侧。每块防热瓦的尺寸远大于上述3种防热瓦，典型的尺寸为900毫米×1200毫米。其厚度为4.8～16毫米，覆盖面积达333平方米，总重约532千克。由于它是一种柔性的毡状物，所以可用常温固化硅橡胶粘贴在机身铝合金的结构上。

材料事故

防热瓦

美国“哥伦比亚”号航天飞机发射后不久燃料箱外脱落的一个泡沫碎块，一直是事故调查中的一大疑点。美国宇航局公布的一份分析报告显示，该航天飞机可能曾被多达三块泡沫材料击中，而不是早先所认为的一块。 “哥伦比亚”号航天飞机1月16日发射升空，1月24日航天飞机项目承包商美国波音公司技术人员撰写了这份报告，并于1月27日提交给宇航局飞行控制部门。报告称，在“哥伦比亚”号发射82秒后，有三个泡沫材料碎块从连接外部燃料箱和航天飞机的支架区域脱落，每个碎块长约20英寸（相当于50厘米），它们击中航天飞机后“似乎出现了瓦解”，化为大量更小碎片。

美宇航局在公布这份报告时强调说，根据报告得出的结论，泡沫碎块撞击不会影响航天飞机飞行安全性，宇航局飞行控制部门也“同意这一结论”。尽管如此，新报告公布之后，泡沫材料撞击在“哥伦比亚”号失事中所起的作用，再次引起人们关注。“哥伦比亚”号2月1日解体坠毁后不久，泡沫碎块问题就浮出水面。虽然美宇航局一直坚持认为，泡沫碎块撞击不会有严重后果，但负责对“哥伦比亚”号事故进行调查的独立委员会，目前仍在对泡沫碎块的影响进行深入分析。这一独立调查委员会目前得出的最主要结论是“哥伦比亚”号机壳上可能出现孔洞，导致超高温气体进入航天飞机，最终酿成事故。而根据美宇航局21日公布的文件，宇航局一位工程师1月29日就曾在电子邮件中警告说，航天飞机外部隔热瓦受损，有可能导致轮舱或起落架舱门出现裂孔。