黑科技！中國航天器配備“可呼吸皮膚”，能持續抵禦1600度高溫

據媒體報導，3月28日，北京穿越者載人航天科技有限公司（以下簡稱：“穿越者”）成功完成商業航天首次亞軌道載人飛船主動防熱技術地面驗證試驗。

“穿越者”團隊在這次地面驗證試驗中，通過模擬飛船再入的極端熱環境，通過持續高強度加熱進行驗證。試驗結果顯示，“穿越者”主動防熱材料在經受超1600度高溫長時間燃燒下，主動防熱系統冷卻效率最高達到58%，超過模擬預測的50%閾值，證明了主動防熱技術的有效性及應用在再入飛行器領域的潛力，還突破了載人飛船傳統防熱技術不可復用的瓶頸。

神舟飛船落地後，表面隔熱材料的燒蝕痕跡清晰可見

據鈦時代瞭解，航天器重返大氣層的時候，氣流高速摩擦會讓航天器表面的溫度急劇升高，甚至局部溫度可高至2000度以上。傳統航天器採用被動式應對思路，利用防熱瓦、碳碳材料、矽碳材料等燒蝕防熱材料，依靠防熱材料在熱解、熔化、蒸發、昇華等多種化學反應中帶走大量熱量，換取航天器的自身安全。但這種思路對於強調快速可重複利用的商業航天而言，就很難接受了——每次發射前都需要更換防熱材料、檢查有沒有破損，不但成本高，而且會耗費大量的時間。

而“穿越者”這次測試的是主動防熱技術。從原理上講，是將仿生學原理引入了載人飛船的熱防護領域，通過模擬人體皮膚“毛孔呼吸”機制，在飛船表面設定數萬個微型孔道，其遇到高溫瞬間能噴射冷氣形成隔熱氣膜，就像給飛船打造了一層可自主感知及抵禦高溫的“智能主動防熱皮膚”。

“穿越者”採用成本低廉的304不鏽鋼材料作為基體材料，未做防熱技術處理的不鏽鋼材料在溫度超過1500度後，抗拉強度和屈服強度會迅速下降，甚至發生結構解體。而在試驗中，該系統利用熱成像儀和點溫儀等溫度測量採集裝置即時監測附近溫度，當發現高溫環境時，隔熱材料表面的氣孔立即被啟動，系統自主控制氮氣滲透速率，通過精密排列的微孔釋放冷氣，在船體表面形成動態氣膜屏障。

試驗結果表明，當“穿越者”主動防熱材料連續兩小時經受超1600度以上高溫長時間鍛燒下，材料表面最高溫度依然能夠保持在600度以下，且未出現熔融、軟化等現象，有效驗證了主動防熱技術的可行性和長時間可靠性。

下一步“穿越者”會繼續針對飛船返回艙再入過程中艙體受熱最嚴重的部位，最佳化設計船載主動防熱系統。未來“穿越者”計畫在2026年在國內進行首次全尺寸載人飛船亞軌道無人飛行試驗，並將此次試驗的主動防熱技術進行局部搭載飛行驗證。

在鈦時代看來，如果未來相關技術成熟並推廣，這種“可呼吸皮膚”不但可以用於航天器，也可以用在當前熱門的高超音速飛行器領域。與航天器重返大氣層的情況類似，高超音速飛行器在大氣層內以超過5馬赫持續飛行時，也存在表面的熱障問題。美國當年的SR-71高空高速偵察機最高速度才3馬赫，已經被迫採用了昂貴的鈦合金材料以抵禦氣流摩擦帶來的高溫。

速度更快的高超音速飛行器面臨的“熱管理”難度更大，除了可能導致飛行器表面材料結構強度下降外，極端高溫會影響機體內的敏感電子裝置。當前高超音速飛行器主要限於導彈等一次性武器，飛行時間較短，利用傳統被動式隔熱措施還勉強奏效。但如果要發展可重複使用的高超音速飛行器，表面材料需要應對連續數小時甚至更長時間的高溫氣流灼燒，這時採用主動模式的“可呼吸皮膚”就能派上大用場了。 (樞密院十號)