航天飞机热防护用柔性绝热毡

由于对航天飞机轨道飞行器用先进的可重复使用的柔性的绝热材料进行了广泛的实验和大的改进,这种新材料已随时可以装配在轨道器OV-103上。 此种热防护材料不同于轨道器初期使用     

纤维陶瓷复合材料强度和热稳定性的提高

最近研制了一代新型的刚性好重量轻的先进纤维陶瓷复合材料。这类材料在力学性能和热稳定性方面有很大提高。它的抗弯强度是当前能得到的氧化硅纤维绝热材料的2-3倍,而密度减小10％。该材料短时间的重复使用温度高于2600°F,而连续使用温度为2600°F。     

航天飞机轨道器结构材料和热防护材料的应用现状<三>

三、轨道器密封热防护材料(一)对密封结构和材料的要求由于轨道器在上升和再入阶段经受气动加热,除要求大面积热防护外,在窗口、舱门、机翼控制面活动部位、各种不同结构、不同热防护材料相接处亦均需采用不同型式的热静(或摆动)密封结构和材料,来防止结构过热或热流进入舱内。同时,还要考虑到轨道器空间轨道飞行时所遇到的低温低压环境对密封的影响。轨道器密封结构和材料的主要要求如下:     

航天飞机轨道器热防护系统

航天飞机轨道器的热防护技术是航天飞机的关键性技术之一。本文介绍了美国第一代航天飞机轨道器所采用的非金属基复合材料热防护系统,美国宇航局兰利研究中心和Kentron国际公司共同设计的所谓近工艺品概念热防护系统,以及美国第二代航天飞机轨道器计划采用的防热系统与机壳融为一体的高级碳-碳复合材料热防护系统。     

γ-Al_2O_3对纳米SiO_2多孔绝热材料烧结行为的影响

针对纳米SiO2多孔绝热材料高温收缩问题,采用纳米γ-Al2O3作为添加剂,研究了煅烧温度和γ-Al2O3添加量对绝热材料体积收缩率的影响,以及γ-Al2O3的引入对材料绝热性能的影响。结果表明:煅烧温度越高,纳米SiO2多孔绝热材料体积收缩越严重。γ-Al2O3的引入能明显降低绝热材料的高温体积收缩率,当添加量为5%(质量分数)时,1 000℃体积收缩率从10.49%下降至3.47%,随着添加量的增加,抑制体积收缩效果越明显。在高温环境下,γ-Al2O3的引入对纳米SiO2多孔绝热材料绝热性能影响较小。此外,通过固体烧结动力学理论以及XRD、FESEM等表征方法阐释了γ-Al2O3抑制高温收缩机理。     

月球轨道器交会对接地面高精度导引技术研究

月球轨道器交会对接过程中测量手段有限、地面测量几何差,地面导引的技术难度大。从月球轨道器交会对接地面高精度导引的需求入手,介绍典型的月球及近地轨道交会对接导引技术的现状,结合同波束干涉测量技术在月球和深空探测器高精度定轨的经验,提出采用同波束干涉测量技术实现地面高精度导引。分析同波束干涉测量技术在月球轨道器交会对接地面高精度导引中的优势,并在理论上探讨了所面临的关键技术。     

二级入轨航天运载器最优分离飞行状态研究

研究水平起降二级入轨航天运载器分离飞行状态（飞行高度、轨迹倾角、马赫数）对轨道器在分离点处的质量（包括结构质量、燃料质量等）的影响。主要内容包括：针对以火箭发动机为动力的轨道器，建立了上升段运动方程。采用静态可变误差多面体算法加上动态共轭梯度法数值优化了轨道器上升段轨迹，优化的性能指标是分离点处轨道器的总质量最小，初始条件受到载机上升段走廊的约束，终端约束是某指定的目标轨道。对分离状态与轨道器总体方案（升阻比、推力、比冲等）对轨道器总质量的影响作了大量数值仿真。针对某飞行器模型，得到了一组最优分离飞行状态。拟合出估算分离状态对轨道器总体方案的影响计算公式。得到了合理选择分离飞行状态的结论。     

低温贮箱组合绝热材料隔热性能测试试验研究

以聚氨酯泡沫塑料和多层隔热材料组成的组合绝热材料被认为是未来低温推进剂贮箱绝热材料的主要形式。应用典型的量热器法针对以下三个方面开展试验研究:是否在样件中添加泡沫材料;样件中多层隔热材料的层数不同;制备样件时采用不同的预紧力。对比了不同状态的组合绝热材料的绝热性能。试验结果表明:组合绝热材料中的泡沫塑料可直接增加整体结构的隔热能力;随着组合绝热材料中MLI(多层隔热材料)层数的增加,组合绝热材料的热流量呈先减少后增加的趋势;在MLI层数相同情况下,随着预紧力的增加,材料的热流量呈现增加的趋势。试验分析结果可为未来载人月球探测及更远距离深空探测的航天器低温贮箱绝热系统设计提供参考。     

过载条件下不同配方体系绝热材料筛选及烧蚀特性

以国内某发动机在飞行过载下绝热层的异常烧蚀为研究背景,基于地面过载模拟装置,模拟了飞行过载条件下的颗粒冲刷状态参数,针对不同配方体系的绝热材料开展了筛选试验以及烧蚀特性研究,实验获得了三种材料的最大炭化烧蚀率和质量烧蚀率,筛选出了实验条件下抗颗粒冲刷能力较强的绝热材料,并针对实验后绝热材料的炭化层进行了电镜扫描分析,结合绝热材料配方开展了抗烧蚀特性分析。研究结果表明：（1）在实验条件下,材料B的炭化烧蚀率和质量烧蚀率均最大,材料A的居中,材料A1的最小,材料A1的抗颗粒冲刷性能最佳;（2）由于芳纶纤维的原位成炭特性,决定了三元乙丙/芳纶纤维体系绝热材料的炭化层具有一定结构强度,而恰当的纤维和SiO2含量将会增强绝热材料的抗烧蚀性能;（3）根据研究结果,建议在工艺允许的情况下,可以考虑研制同时采用芳纶纤维和石棉纤维的绝热材料体系,在针对颗粒冲刷条件时,炭化层内即有可以形成骨架结构的芳纶纤维,又可以利用石棉纤维在受热分解时SiO2和MgO熔融后和纤维以及基体之间的粘结交联效应。     

航天飞机S波段通信技术方案

航天飞机S波段通信系统为航天飞机提供了经由地面航天跟踪和数据网(GSTDN)的直接对地通信或经由跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS,经同步卫星转发轨道器的信息)的对地通信能力。S波段通信是航天飞机任务从发射到再入/着陆各阶段直接对地和经由TDRSS的主要通信线路。在轨道段,当TDRSS的Ku波段通信不能使用,轨道器姿态不利于Ku波段通信,或载荷舱门关闭时,轨道器都得使用S波段线路。本文介绍航天飞机S波段通信功能要求、轨道器上通信设备结构和NA-SA的S波段通信网。阐述了需要在S波段设备研制中采用专门新技术的要求和实施方案。其中包括(1)数字式话音△调制,(2)卷积编码/Viterbi解码,(3)使用Cost-as环路接收机的临界相位调制指数,(4)连续波调频的最佳数字数据调制参量,(5)副载波测距和时分复用数据信道的交调效应,(6)射频覆盖,(7)低信噪比下的解扩技术。本文评述了这些独特新型通信信道的性能,给出了性能分析和实验结果。     

高浓度颗粒流冲刷条件下硅橡胶和EPDM绝热材料动态烧蚀实验

利用X射线实时诊断技术(RTR)针对硅橡胶和EPDM绝热材料,开展了高浓度颗粒流冲刷条件下动态烧蚀实验研究,成功获得了绝热材料烧蚀表面退移过程的序列图像。研究表明:(1)在本实验条件下,硅橡胶绝热材料颗粒冲刷区域的瞬时烧蚀率在0～2s内迅速增加,2s之后瞬时烧蚀率略有下降并趋于稳定;EPDM绝热材料颗粒冲刷区域的瞬时烧蚀率在0～1s内迅速增加,1s之后瞬时烧蚀率趋于稳定;(2)相同冲刷条件下硅橡胶绝热材料抗颗粒流冲刷性能比EPDM绝热材料差,硅橡胶绝热材料不适合在高过载发动机中应用;(3)高浓度颗粒流冲刷条件下绝热材料的烧蚀率比常规条件下要严重的多,其机理主要是高温颗粒流对炭化层有强烈的机械剥蚀效应和热化学烧蚀作用。实验结果对硅橡胶和EPDM绝热材料烧蚀机理研究及烧蚀建模具有重要参考价值。     

绝热材料动态烧蚀试验方法

为了研究绝热材料的动态烧蚀特性,建立了一种敞开环境下绝热材料烧蚀表面的实时监测方法,用光学技术实时记录绝热材料试样表面烧蚀形貌和烧蚀面退移过程,通过图像处理,成功获得了绝热材料动态烧蚀率和烧蚀形貌的相关信息。该监测方法可对一定条件下炭化层的动态烧蚀性能进行评估,通过图像的批处理可获得每一时刻的动态烧蚀率和前n秒的平均线烧蚀率,适用于绝热材料动态烧蚀特性研究,还可以用于研究在绝热材料表面的炭化层形成和消耗特性。     

镍基合金空心叶片浇铸用硅基陶瓷型芯的制备及性能

采用热压注工艺成型氧化硅基陶瓷型芯。分析焙烧后型芯的化学成分、微观结构、孔隙率、线膨胀系数以及力学性能。结果表明:型芯的孔径呈多峰分布,且主要分布在0.1～5μm之间;从室温至1400℃,型芯的线膨胀系数随温度的升高而减小,在1170～1350℃之间其线膨胀系数下降趋势骤然加剧;经1200℃焙烧制备的陶瓷型芯主晶相为β-方石英相与无定形石英玻璃共存,经1550℃高温2h处理后型芯烧结程度提高,骨架致密度增大,孔结构更加分明,表面及内部裂纹的数量、长度均增大。采用实验室自制的硅基陶瓷型芯进行镍基高温合金单晶空心叶片的浇注实验,结果表明所制备的型芯可以满足单晶叶片精密铸造的要求。     

直接多重打靶法在轨迹优化方面的应用

本文采用基于多重打靶技术的参数优化方法,以美国航天飞机轨道器为例,选取了几种目标函数和约束条件,对其最佳再入轨迹进行了计算.将计算结果与美国航天飞机的实际再入轨迹作了比较,并对文中采用的算法和程序的适用性进行了小结。     

锆英石对纳米SiO2多孔绝热材料绝热性能的影响

降低红外辐射传热是解决纳米SiO2多孔绝热材料高温绝热性能差的关键。本文探讨了锆英石作为红外遮光剂对纳米SiO2多孔绝热材料绝热性能的影响。结果表明:微米级锆英石的引入,可大幅降低红外辐射传热,显著提高材料高温绝热性能,当掺加35%锆英石时,可将材料500℃时热导率从0.119W/(m·K)降低至0.053W/(m·K)。同时对锆英石的红外遮光机理进行了探讨和分析。     

NASA相继失去两颗火星探测器

美国ＮＡＳＡ于１９９８年１２月１１日和１９９９年１月３日分别用“德尔塔”２型运载火箭发射了两颗火星探测器——“火星气候轨道器”和“火星极区着陆器”。经过近７亿公里的长途飞行，“火星气候轨道器”终于在去年９月底接近了它此行的目的地，然而却在试图进入火星轨道过程中如泥牛入海，再无消息。初步调查发现，造成事故的原因是两家机构在单位换算上发生误会。就在该局还在为“火星气候轨道器”“只差一步到罗马”而懊悔不已并决心“痛改前非”时，又迎来了一个重新展现自己的机会。去年１２月３日，在２亿千米之外的火星上，“火…     

轨道参数和入轨点地理纬度对航天飞机入轨速度和有效载荷的影响

推导了航天飞机轨道器在地心为原点的惯性坐标系中的入轨绝对速度与其相对速度以及与轨道参数、入轨点地理纬度的关系，并从飞行动力学的观战建立了轨道器入轨相对速度与轨道 参数和入轨点地理纬度的关系。     

石棉填充丁腈橡胶绝热材料的各向异性研究

石棉填充橡胶绝热材料的力学、热物理性能的各向异性是纤维改性橡胶的基本特性。这种各向异性主要取决于炼胶过程中混炼工艺、石棉纤维的尺寸及其在胶料中的分布状况。实验表明,在石棉纤维方向上,硫化胶拉伸模量比其它主方向高3倍以上,模压收缩率降低到其它主方向的1/3～1/5;同时在取向方向上具有较低的应变能力和稍高的扯断强度。在各向异性测定的基础上,定性地讨论了石棉填充橡胶绝热材料的烧蚀性能与各向异性的相关性,讨论了各向异性对绝热材料和金属、玻璃钢界面早期破坏的影响。本研究有助于纤维增强橡胶性能的深入了解及这类材料的质量控制。     

抗原子氧有机/无机氧化硅复合涂层的研究

以正硅酸乙酯（TEOS）和γ-（甲基丙稀酰氧）丙基三甲氧基硅烷（MEMO）为前驱体,在聚酰亚胺基底上制备了氧化硅涂层,采用扫描电镜（SEM）、傅里叶红外衰减全反射光谱（FTIR-ATR）和X光电子能谱（XPS）对其表面形貌、结构和成分进行了分析.结果表明MEMO的加入增加了氧化硅涂层的韧性,并赋予其憎水性能,表面化学成分由MEMO以及TEOS＋MEMO的水解和缩聚过程决定.用地面模拟设备对氧化硅涂层进行原子氧暴露试验,结果表明其具有很好的防原子氧性能,使基体原子氧侵蚀速率下降了一个数量级.     

MOCVI法制备SiO2/SiO2复合材料

依据金属基化学气相渗透法(Metal Organic Chemical Vapor Infiltration,MOCVI)工艺理论基础,采用MOCVI法制备出SiO2/SiO2复合材料,并分析了载气流量、先驱体JH20温度和沉积温度对氧化硅基体渗透速率和SiO2/SiO2(石英玻璃)复合材料显微结构的影响.结果表明,优化条件为:JH20的温度为60℃,载气流量为500mL/min,氧气流量为15mL/min,沉积温度为600℃.