神舟十四号载人飞船发射取得圆满成功，这是我国载人航天工程立项实施以来的第23次飞行任务，也是空间站阶段的第3次载人飞行任务。
我国的航天航空技术一次又一次地刷新历史，这背后少不了防热涂层的“功劳”。
防热涂层的的分类和性能
现有航天防热涂层体系主要包括有机硅树脂、环氧树脂、酚醛树脂、陶瓷基涂料等体系。
有机硅体系具有较好的耐烧蚀性能和隔热性能，弹性好、不易开裂，贮存期长；同时有机硅为非成碳型材料，易于与雷达、红外等吸波隐身涂层配合；但涂层的粘附性能较差，不适用于强热流或强气动冲刷；
环氧树脂虽然耐热性较差，涂层的隔热效果不如有机硅，但环氧树脂具有良好的结合力，制成的涂层粘附力强，结合紧密，在防护强热气流冲刷上具有较好的性能。
陶瓷基防热涂料使用温度高、时间长，烧蚀量极小，耐烧蚀能力较有机烧蚀涂层优异；主要应用在金属、陶瓷或 C -C 基复合材料等高温基底上，目前专为树脂基复合材料开发并得以工程应用的陶瓷涂层尚为空白；涂层本身的处理过程受难熔元素或烧结过程的限制，往往涉及高温、高能技术措施，几乎无室温或低温处理的可能性。
神舟十四号载人飞船的“护甲”
位于长宁的中国科学院上海硅酸盐研究所，为中国航天事业的发展又一次贡献了科技力量。6月5日，载有3名航天员的神舟十四号载人飞船成功升空的难忘瞬间，我们当铭记：是该所的科研人员为神舟十四号披上了全方位的“护甲”！
宇宙空间是一个极高真空环境，航天器与外部环境的热交换只有热辐射一种方式，没有热传导，也没有热对流。当太阳直接照射到航天器表面，如果没有加防护层，温度会很快升到100摄氏度以上，而在太阳照射不到的区域，温度又会降到零下100摄氏度以下。因此，每个航天器上都有一套经过精密计算、设计的热控制系统，包含热控涂层、热防护材料以及热管等。不管外部环境变化多么剧烈，这套系统都能使航天器内部维持在合适的温度范围，保证舱内航天员安全和仪器设备正常工作。而在航空航天领域，上海硅酸盐所就是给航天器穿上全方位“护甲”的行家里手。
本次任务中，上海硅酸盐所研制的长寿命低比值无机热控涂层、耐高温隔热材料与组件、返回舱舷窗防烧蚀污染涂层、姿控发动机热防护材料、舱内通道照明和仪器仪表等多种载荷表面高辐射热控涂层、舷窗玻璃及光学涂层、消杂散光涂层、不锈钢灰色化学转换热控涂层、返回舱防热天线窗等十余种涂层与部件应用于神舟十四号载人飞船，研制的高温压电陶瓷则应用于长征二号F遥十四运载火箭遥测系统，为我国的航天事业作出了重要贡献。
神舟十三号的“火候”是如何掌控的？
中国神舟十三号载人飞船返回舱4月16日在东风着陆场成功着陆，在空间站“出差”半年之久的航天员翟志刚、王亚平、叶光富安全顺利出舱，神舟十三号载人飞行任务取得圆满成功。为保护神舟飞船平安回家，多种化工新材料立下了新功。
记者了解到，与神舟十二号相比，神舟十三号采用快速返回方案，航天员返回时长从之前的一天缩短到8小时左右。返回过程要经过轨返分离、推返分离、过黑障区、开降落伞等关键环节，还要经过严酷的空间环境和轨道条件考验。特别是当返回舱进入大气层后，将与空气发生剧烈摩擦，舱体表面局部温度可达上千摄氏度，但是神舟飞船里面搭载着航天员，所以返回舱内的温度不能超过30℃。
为了确保舱内温度适宜，飞船控温的主要手段就是依靠防热结构对舱内进行保护。科技人员在舱体表面设计了防热涂层，敷设有一层烧蚀防热材料。这种防热材料在高温条件下会发生分解、抗化、升华等一系列吸热反应，从而带走大量的热量，保护内部结构。杨利伟在选入中学语文课本的《太空一日》里曾经提到过：“快速行进的飞船与大气摩擦，产生的高温把舷窗外面烧得一片通红;接着在映红的舷窗外，有红的白的碎片不停划过。飞船的外表面有防烧蚀层，它是耐高温的，随着温度升高开始剥落，并在剥落的过程中带走一部分热量。”
这种材料采用蜂窝状结构，在同样密度的情况下这种结构的强度最高，从研制的100多种防热材料里脱颖而出，可以承受2000℃的高温，保护神舟飞船平安回家。此外，为防止这种材料发生热胀冷缩，不能把防热材料和承力结构材料硬捆在一起，又不做任何处理，应力就足以使防热层开裂，后续返回时就会发生不可想象的后果了。美国的阿波罗飞船是在防热层和承力层之间加装了滑动桁条。神舟飞船则是直接把防热层粘接在承力层壳体上，使结构更简单、质量更轻。
除此之外，在神舟十三号载人飞船的关键部位还采用了中国建材集团有限公司研制的防/隔热一体中密度预混料、高强纱和济南圣泉集团股份有限公司生产的酚醛空心微球。防/隔热一体中密度预混料可有效发挥防热、隔热作用，维持返回舱内的适宜温度;高强纱可应用于返回舱的隔热层，满足返回舱“耐温、保温、坚固”要求。酚醛空心微球是一种内核为空气或其他气体、外层为酚醛树脂的具有特殊中空结构的新材料，具有粒径小、密度低等特点，可发挥耐烧蚀、保温隔热、吸收电磁波等作用，使返回舱内温度保持在安全范围内，为返回舱元器件正常工作、航天员安全保驾护航。
中国科学院上海硅酸盐研究所也为神舟十三号载人飞船任务的顺利完成作出重要贡献。该所研制的长寿命低比值无机热控涂层、耐高温隔热材料与组件、返回舱舷窗防烧蚀污染涂层、姿控发动机热防护材料、舷窗玻璃及光学涂层、返回舱防热天线窗、消杂散光涂层等多种涂层材料得到应用。其中，返回舱舷窗防烧蚀污染涂层在经历183天在轨舱外运行后依旧保持了优异的自清洁功能，保证了返回舱返回大气层过程中窗口受到烧蚀材料挥发污染后仍具有清晰的透明度，使宇航员在返回地球过程中能通过窗口随时有效观察外部情况，也为地面搜救队员在飞船着陆后能首先通过窗口观察舱内状态提供了保障。
返回舱除了温度要控制好“火候”，速度也要控制得恰到好处。神舟飞船在轨道上运行的速度接近第一宇宙速度，在如此快的速度下，要确保航天员的安全，就必须对返回地面后的最终着陆速度进行控制。为实现这一目标，科技人员在飞船研制阶段开展大量试验验证和数据判读，保证飞船在着陆过程中逐步降低速度。返回前，由推进舱轨控发动机实施制动，降低轨道能量和轨道高度，确保飞船再入大气层;返回舱具有特定气动外形，进入大气层后，依靠空气动力产生的阻力和升力减速;返回舱运动至地面附近时打开降落伞，进一步降低速度;快着陆的瞬间开启返回舱底部的着陆反推发动机，最终将落地速度降低到一定范围内。此外，为降低宇航员的着陆冲击，东南大学为神舟十三号飞船返回舱研制了泡沫铝吸能部件。承担研制任务的科研团队在泡沫铝制备、性能研究等方面有着长期积累，为神舟五号至今的系列飞船、风云四号卫星等航天装备研制了多样化的多孔材料部件。
神舟十三号载人飞行任务取得圆满成功，标志着空间站关键技术验证阶段的完美收官，中国空间站即将进入建造阶段。2022年中国空间站将完成在轨建造，6次飞行任务计划实施，包括发射天舟四号货运飞船、神舟十四号载人飞船、空间站问天实验舱和梦天实验舱。我国首个大型空间巡天望远镜的发射计划也将于2023年执行。这些都需要研制更多特种性能和用途的化工新材料，为我国航天事业发展作出贡献。
长征七号火箭的防热密码
火箭在飞行过程中，芯级发动机会喷射出巨大的火焰，此时，助推器后过渡段要承受喷焰回卷的强热流，其热防护设计如果不够就会造成结构烧蚀，而过度设计又会影响火箭的运载能力。
为此，长征七号火箭的设计人员创新防热材料应用和安装方式，将像“防热服”一样的特质防热毛毡“披”在火箭助推器上，不仅重量更轻，而且防热效率也更高。
“如果采用传统方法，在助推器后过渡段喷涂防热涂层，生产周期较长。”火箭院长七火箭结构设计师姚瑞娟介绍，“设计团队创新思路，将防热服由‘喷’在后过渡段表面改为‘披’在身上”。
在新的设计思路下，火箭设计人员采用耐高温的材料，给助推器做了一块柔性防热毛毡。它有“里”、有“面”、有夹层，从靠近芯一级的一侧开始“披”上，在远离芯级的外侧开口，就像一件“防热服”一样包裹着助推器，使后过渡段免受大火炙烤。
传统防热方式在助推器上整体喷涂防热涂层，重量在70公斤至100公斤之间，而新型防热毛毡重量只有20公斤左右，重量减轻约75%，且防热效果更好。柔性防热毛毡已在长七火箭上成功应用，后续还将推广应用于其他型号。
小结
热防护技术是一门跨学科跨专业综合技术较强的复合型技术，目前防热涂层材料的技术水平还是一个新的开始，未来飞行器武器系统趋向于高速发展，面对的环境将日益复杂。
目前防热涂层的性能不能满足未来高速飞行器热防护需求，防热材料的综合性能提升变得更为重要。研究疏导式防热技术，突破现有防热材料研究的短板，开发新型的高性能防热涂层材料，满足未来飞行器热防护的需求。
