熱控涂層、高溫隔熱屏……上硅所研制的多項關鍵材料成功應用于“嫦娥四號”

12月8日2時23分,我國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭成功發射嫦娥四號探測器,開啟了人類首次月球背面軟著陸探測之旅。在此次航天任務中,中國科學院上海硅酸鹽研究所承擔了熱控涂層、難熔合金高溫抗氧化涂層、高摩擦抗冷焊涂層、高溫隔熱屏、柔性薄膜熱控涂層及低溫多層隔熱組件等關鍵材料的研制。

熱控涂層:研制了巡視器移動機構、電機機構、機械臂機構、全景相機機構鈦合金、鎂合金微弧氧化熱控涂層,著陸器發動機隔熱屏、防護筒用不銹鋼灰色化學轉換熱控涂層、不銹鋼高吸收化學轉換熱控涂層,著陸器月夜溫度采集器低輻射金熱控涂層、著陸器坡道及護欄機構鋁合金光亮陽極氧化熱控涂層,激光點陣器、鋰離子電池等有效載荷黑色陽極氧化熱控涂層,巡視器表面柔性薄膜熱控涂層,涂料型低比值熱控涂層等十余種無機熱控涂層。其中一些涂層是為嫦娥特制的、而且首次在航天器上采用,具備了溫控性能好、耐空間環境輻照性強、涂層均勻性優等特點,保證了這些機構中的部件、電機正常的工作溫度水平,為著陸器的安全著陸、巡視器在月面巡視勘察、機械臂的正常運轉發揮了重要的作用。

難熔合金高溫抗氧化涂層:由于月球距離地球38萬公里,嫦娥衛星飛行距離較一般衛星飛行距離大大增加,并且需要經過多次變軌才能實現“落月”,姿控發動機壽命要求大大延長,對其難熔合金高溫抗氧化涂層提出了更加苛刻的要求,必須承受更高的溫度,更大的沖刷速度和更苛刻的富氧環境,研制難度極大。上海硅酸鹽所研制的難熔合金高溫抗氧化涂層順利通過了長壽命地面臺架試驗的考核后,成功應用于嫦娥一號至嫦娥四號,并將繼續為后續的任務型號提供技術保障。

高摩擦抗冷焊涂層:應用于太陽電池陣接觸支點上,不僅是確保巡視器太陽電池陣在經歷發射、奔月、著陸、兩器分離等加速和減速環節能實現太陽電池陣可靠、有效閉合,避免意外的散逸和碰撞,確保了太陽電池陣的完整性;其抗冷焊功能更是確保消除太陽電池陣經歷長時間壓緊收攏狀態可能引發真空冷焊等狀況,保證了太陽帆板的順利展開。同時,高摩擦抗冷焊涂層支點也為太陽電池陣的頻繁啟閉和可靠接觸發揮了重要作用。

高溫隔熱屏:變推力發動機為實現著陸器月球表面軟著陸所必須的關鍵部件。由于發動機工作期間燃燒室和噴管的溫度很高,上海硅酸鹽所研制的高溫隔熱屏像“裙子”一樣將高溫環境包圍了起來,在發動機與周圍的電子元器件之間形成了一道屏障,有效地減小了發動機工作對探測器本體溫度的影響。

柔性薄膜熱控涂層及低溫多層隔熱組件:嫦娥四號受月球表面的晝夜溫度變化影響,溫度最低時可達零下200℃,最高可超過100℃。而探頭等單機運行溫度一般為-40~+50℃左右,一旦超出正常的溫度范圍可能會造成單機的功能失效,甚至造成單機的損壞。上海硅酸鹽所研制的低吸輻比柔性薄膜二次表面鏡為巡視器的正常工作提供溫控保障,低溫多層隔熱組件能夠保證單機的溫度保持在正常運行溫度范圍內,可以雙向隔熱,外部高溫時阻止外部熱量向內部傳遞,外部寒冷時阻止內部熱量向外部泄露。

據新華社消息,嫦娥四號探測器后續將經歷地月轉移、近月制動、環月飛行,最終實現人類首次月球背面軟著陸,開展月球背面就位探測及巡視探測,并通過已在使命軌道運行的“鵲橋”中繼星,實現月球背面與地球之間的中繼通信。

熱控涂層、高溫隔熱屏……上硅所研制的多項關鍵材料成功應用于“嫦娥四號”的圖1

12月8日2時23分,我國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭成功發射嫦娥四號探測器,開啟了月球探測的新旅程。 

新華社記者 江宏景 攝

來源:中國科學院上海硅酸鹽研究所

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