「嫦娥五號」探月任務進展順利,金光閃閃的「外套」也有大作用

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原標題:「嫦娥五號」探月任務進展順利,金光閃閃的「外套」也有大作用

連日來,「嫦娥五號」成功發射以及後續的順利落月、挖土取樣等過程,贏得了世界各國的廣泛矚目,剛剛上升器又成功點火起飛,將攜帶的樣品送入環月軌道。無論是廣播電視還是社交媒體上,「嫦娥五號」的模擬動畫和現場視頻都成為傳播最為迅猛的熱點。就在這些頻頻閃現的精彩瞬間,大家可能都發現了一個現象,「嫦娥五號」的外表面覆蓋了一層金光閃閃的「外套」,憑添了不少神秘感。

「嫦娥五號」探月任務進展順利,金光閃閃的「外套」也有大作用

觀察一下會發現,並非只有「嫦娥五號」有這種金色的「外套」,在我國的各類衛星、飛船等航天飛行器上,都能看到它的身影,並且國外的很多衛星也是如此。很多人會把這些金光閃閃的「外套」當成金箔,儘管將金箔用在高價值的航天器上似乎也值得,但真正的金箔顯然無法起到這種「外套」作用。

實際上,「嫦娥五號」的金色「外套」並非金屬,而是一種名為聚醯亞胺的高性能聚合物材料與金屬材料複合而成的薄膜。航天領域將其稱之為「星衣」。這種複合薄膜的作用,對於「嫦娥五號」可是非常關鍵。

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「嫦娥五號」探月任務進展順利,金光閃閃的「外套」也有大作用

早些年,強如美俄的衛星,在太空中的壽命也只有3到5年,而最近十幾年來,各國太空衛星的壽命已經增加到8到15年。儘管影響衛星壽命的因素非常多,但最關鍵就是兩個方面:一是燃料攜帶量,二是元器件壽命。燃料攜帶量很好理解,畢竟衛星受引力影響,必須依靠動力進行軌道維持或姿態調整,頻繁的使用動力對燃料而言是個大考驗。

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對於衛星元器件來說, 本身就有使用壽命,這在衛星設計之時就會進行可靠性設計,確保符合設計壽命要求。但是,衛星元器件在地球大氣層內的環境與在太空中的環境截然不同,大氣層作為良好的宇宙射線屏蔽,阻隔了大部分有害的宇宙輻射。衛星在太空中,每時每刻都要受到各類射線、輻射、高能粒子傷害,以人類目前的技術,無論如何對元器件進行加固設計,都無法避免太空環境對元器件壽命的影響。

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在太空中,與地外環境最直接相關的是太陽。因為缺少大氣層的阻隔,來自太陽的紫外線輻射會讓航天器的材料過早氧化、分解甚至失效。宇宙高能粒子也會轟擊航天器材料表面的原子,導致這些材料性狀發生改變。同時,在高度真空的太空,航天器受光面和背光面的溫差極大,甚至會多達200°C,也非常考驗航天器材料的性能。

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總的來說,保障太空中的航天器安全,並延長使用壽命,就要做好隔熱保溫和防宇宙射線的工作,這正是聚醯亞胺的特殊能力所在。聚醯亞胺是一種高分子薄膜,最大的特點是超強的耐熱性能和超寬的溫度使用範圍,其可靠工作溫度在-100°C~300°C。而且,其機械性能優良,抗拉強度超過170~400兆帕,經過加強后甚至超過普通鋼材兩倍,而密度還不到鋼材的六分之一。由於聚醯亞胺本身呈現金黃色,因此用於衛星的保護罩后看起來也是金燦燦的。不過,有時也會根據不同的熱設計需求,對聚醯亞胺進行鍍膜,譬如鍍鋁、鍍銀等等,從而實現不同的性能,其中的MLI薄膜常使用鋁鍍膜,因此看上去是呈現銀色,我國的神舟飛船就使用了這種銀色的「保護罩」。

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隨著人類航天科技的發展,航天器對於薄膜材料的要求越來越高,尤其希望具備優異的抗原子氧化能力和透光性能,因此通過改型製造出了各種新的薄膜,譬如抗原子氧化型聚醯亞胺薄膜、透明型聚醯亞胺薄膜、熱塑型聚醯亞胺薄膜等等,都在朝著兼具優異的力學性能、耐空間環境性能和電學性能的方向發展,還能廣泛應用到民用或工業領域,用於隔熱阻燃防護服、衝鋒衣等。

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