比航天员提前一步到达的“VIP冰箱”,有何神奇之处?

5月10日01时56分,海南文昌航天发射场,天舟四号货运飞船搭载长征七号遥五运载火箭顺利升空,开启了我国空间站货物运输系统的第四次远征。

这是我国空间站建造阶段的首次发射。

此时,距离新的航天三人组进入天舟四号,还有27天。天舟四号此行就是为了给他们打头阵,做好物资保障。

“兵马未动,粮草先行”,但天舟四号要在太空中保存“粮草”可没那么容易。太空中的基础保障和医疗检测等物资,往往具有较强温度敏感性,一般般的“打包盒”可奈何不了它们。

这时候,就需要“VIP”隆重出场了。

天舟四号货运飞船与空间站组合体完成自主快速交会对接示意图(来源:新华社)

“VIP”隔热

说是“打包盒”不免不够严谨。严格来说,这些“娇贵”的太空物资,需要放到由特殊材料制作的低温锁柜里,别名叫作“太空冰箱”。

相比于家用冰箱,天舟四号里的“太空冰箱”不仅要出色地完成保温隔热、稳定安全等基础作用,还需要承担“最大程度实现轻量化、提高程度实现飞船内空间利用效率”的特殊使命。

这就要求,在选材上得具备重量轻、体积小、绝对阻燃等特性。什么样的材料能够用?中国航天科工三院306所(以下简称306所)盯上了气凝胶。

这是世界上热导率最低也是密度最小的固体材料。但问题在于,要如何才能在降低热导率的情况下,进一步缩小气凝胶的体积。

306所给出的解决方案是:真空化!

以现有气凝胶材料为基础材料,通过特殊工艺将现有的气凝胶材料“真空化”,制备成真空绝热板。

这样一来,可以把热导率降低至原有气凝胶材料的一半,完全能满足“热导率达标,且具备优异的隔气性和耐刺穿性”要求,成为“太空快递”成功送达的保障。

说来说去,“VIP”在哪儿呢?

不要着急,现在有请“真空绝热板”来补充一个自我介绍吧——

中文名:真空绝热板。

英文名:Vacuum lnsulation Panel。

简称:VIP。

所以,天舟上的“VIP”材料,近在眼前,就是真空绝热板。

气凝胶材料(来源:公众号“中国航天科工三院306所”)

神奇材料大显身手

对科学家们来说,气凝胶材料,是一款能够“改变世界的神奇材料”。

单以“VIP”为例,这种气凝胶真空化之后材料,也不是天舟四号的专属。

事实上,2017年4月,“VIP”材料就首次应用在天舟一号货运飞船的低温锁柜中。2021年5月,单片尺寸更大的升级版“VIP”再次在天舟二号上得到应用,其隔热性能进一步提升。此次,“VIP”伴随天舟四号开启新的“太空之旅”,性能进一步迭代升级,热导率达到最低值。

换句话说,能够让天舟认准“VIP”,也证明了气凝胶的确是世界上隔热性能最好的固体材料之一。对于任何航天器来说,气凝胶几乎都是天选材料。

2021年,天问一号火星探测器搭载的“祝融号”火星车成功登陆火星。

但是“祝融号”在火星上的生存环境,和名字并不太相符。准确说,“祝融号”着陆时,发动机产生的热量能使周围的温度超过1000℃,而火星上的最低温度能达到零下130℃。

温差过大!冰火两重天!

这时候,气溶胶要应对的不只是“极热”,还有“极寒”。306所研发团队还是用气溶胶材料解决了这个问题。

可以说,从天问“探火”到天舟“送货”,在“极寒”和“极热”的严酷环境历练下,气凝胶材料已经不断升级,为多种航天器披上“太空战甲”。

未来,还将会有更多更好的气凝胶材料和产品,为我国太空货运系统的建立提供坚强保障,为我国的深空探测事业作出新的贡献。


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