·综述·
深空探测用热防护材料的现状及发展方向
王筠杨云华
冯志海
（航天材料及工艺研究所，北京100076）
文摘综述了热防护材料的发展历史，重点介绍了深空探测用烧蚀防热材料体系，并通过PioneerVenus、 Galileo、Stardust等探测任务的热防护系统(TPS)选材方案分析，对未来深空探测TPS材料进行技术需求分析。
关键词热防护材料，烧蚀材料，深空探测，需求分析
CurrentStatusandFurtherTrendofThermalProtectionMaterials
forDeepSpaceExploration
WangYun
YangYunhua
Feng Zhihai
(Aerospace Research Institute of Materials & Processing Technology,Beijing100076)
AbstractRecent development of thermal protection materials has been reviewed emphasizing on the ablative materials for deep space exploration. The technical request of ablators for future planet probes has been analyzed via looking back TPS of several successful missions.
Key wordsThemal protection materials, Ablative materials,Deep space exploration,Technical request
0热防护系统简介
热防护系统（TPS）是保护飞行器在高超声速穿越星球大气层时免遭严酷气动加热环境的损伤，安全进人星球的飞行器子系统。由于TPS是子系统的单一故障点，决定了探测任务的成败，必须通过地面试验对其使用性能进行分析和验证。通常可将热防护材料分为可重复使用热防护材料和烧蚀热防护材料两类[1]，各自适用的大气进人环境如图1所示[2]
105 90 75
atitude/km 60
45 30 15
12
velocity/km · s-+
15
-10-7 10-6 10--10-+-10-3-10-2 10-1
182010
图1可重复使用和烧蚀TPS材料适用大气进人环境 Fig. 1Atmosphere entry environment for reusable and ablative TPS
（1)可重复使用防热材料(") 收稿日期：201308-19
在气动加热过程中材料的质量和性能不发生变化。一般来说，可重复使用防热材料仅用于相对缓和的进人环境（如航天飞机），其特性如图2所示。
free s
radiation
chemical species diffusion
rerti fux
diatior flux out
houndary layer or shock laver
surface coating
inrgat insulation
backup material
图2可重复使用热防护材料能量调节机制
Fig. 2Energy accommodation of reusable TPS materials 通过辐射和对流将大部分热量从表面再辐射出
去，仅有小部分热量传入防热材料内部。因此，材料的表面涂层应具有较高发射率（最大限度提高热能再辐射）和较低表面催化效率（通过抑制表面已分离边界层物质的再结合来最大限度减小传导热），若隔
作者简介：王笃，1980年出生，博士，主要从事多功能树脂基复合材料的研究工作。E-mail：yw693@hotmail.com
宇航材料工艺http://www.yhclgy.com2013年第5期
万方数据
1