高速、高机动性是导弹研发的重点方向。然而,高速飞行的背后,热障又是一个不可忽视的问题。
当导弹飞行速度接近3倍音速时,导弹表面温度会超过350℃,当飞行速度达到6倍音速时,表面温度将达到1600℃,这时候绝大多数金属材料将会熔化。
一直以来,热防护是导弹设计的重点课题。为了让导弹穿上“防热服”,科学家在材料技术上下了不少功夫——
1955年,美国红石兵工厂组织了一场试验:用火箭燃气去烧灼用隔热条增强的三聚氰胺树脂。试验结束后,科学家惊喜地发现,在2000℃以上的高温下,尽管树脂表面严重烧蚀,但距表面6.4毫米以下的部位却完好无损。
这其实是一种烧蚀现象:速度极高的运动物体在炽热气体作用下,表面温度急剧上升,表面材料发生熔化、蒸发、升华等现象。表面材料通过损耗一部分质量将气动加热耗散在外部,阻止了热量向内传递。
发现烧蚀现象后,科学家便开始为导弹制作“防热服”,将防护材料覆盖在弹体表面,帮助导弹隔绝气动高温。1956年,美国通用电气公司率先研制出陶瓷热防护材料,并应用于“大力神1号”导弹上,实现了轻质、中等导弹弹头的热防护。20多年后,美国多家公司又研制出以碳-碳复合材料为主的防护外壳,应用于导弹超音速飞行、火箭发射等领域。
近年来,随着材料技术的快速发展,科学家逐渐掌握了诸多力热一体化材料,材料本体在2000℃以上的高温下依然能保持较强的力学性能,这意味着导弹外部防热层可以被省略。科学家只需要对导弹内部关键部位、关键部件有针对性地采取隔热处理或者主动冷却措施。
新材料的发展对导弹整体减重、性能指标提升意义重大,科学家还在研究探索,为减轻每一克重量而努力,未来的导弹“防热服”将向着更轻、更薄、防热性能更好的方向发展。
(葛志福)