航天器和运载火箭的外壳是什么材料？ _外壳

飞船、火箭外壳主要采用轻质金属，多见铝合金材质，此外钛合金、碳纤维、玻璃纤维、合金钢、陶瓷等都有一定的使用，这些材料都有宇航级的应用标准。
先说火箭，火箭设计中最重要的顾及因素是质量比，即即火箭的“干质比”，火箭的速度由干质比与排气速度所决定，质量比越大，火箭可以达到的速度越大。所以，大量采用轻质材料，努力将火箭的空重降低是很有必要的，它直接影响火箭性能。
但目前人类掌握的轻质金属并不算很多，且大多价格昂贵，比如锂，它是最轻的金属，但软的很，还容易溶解，不堪大用。航天领域人们一般首选用铝合金、钛合金，钛合金简直棒棒哒，但它成型和加工困难，成本也实在是昂贵，所以挑大梁的仍然是铝合金。
此外还有种钪合金被认为是未来可取代铝合金的新一代材料，被寄予了很高的期望。但多年来一直处于雷声大雨点小的状况，自行车架子造了不少，就没见火箭真的用上，反倒是碳纤维、玻璃纤维和塑料复合材质大有后浪扑前浪之势。
像美国Rocket Labs公司就已经宣布在设计碳纤维复合增强塑料火箭，估测10年技术成型，欧洲航天局也已经就PHOEBUS先进碳复合材料原型技术开发，授予了阿利亚纳集团和MT航空航天公司以协作合同，共同为阿利亚纳火箭开发碳复合材料“ICARUS”，以降低阿利亚纳-6火箭的铝合金材料使用率和增加质量比，据悉项目如果成功，将提高阿拉亚娜-6近2吨的轨道运载能力，目前预计2025年“ICARUS”可投入使用。
载人宇宙飞船的外壳要求比火箭外壳高得多，一般要求有极高的热防护性能，具备低热导率、高热阻、高碳层强度，此外还需要工艺性能好，能制作成复杂的外形结构。
比如我国的神舟飞船，它的主壳体有一层蜂窝状的“烧蚀材料”，这种结构亦是国际上宇宙飞船普遍的局部防热手段，烧蚀层通过胶结的方式沾在飞船壳体上，在遭遇高温时，以分解、熔化、蒸发、升华的方式消耗质量，带走热量，继而分散出去，让热量不至于传导回舱内。
隔热烧蚀层的具体材质主要是硅橡胶基材料，采用了夹心蒙皮结构，里面放入了增强纤维、酚醛空心微球和玻璃空心微球的填料，而且制成的烧蚀填料需要填充进玻璃钢结构的蜂窝里，以提高材料的强度和抗气流剪切能力。美国的“双子星”、“阿波罗”等飞船使用的都是这种技术。
上图.阿波罗飞船
大致的说起来，“双子星”使用的为“侧壁大面积防热材料”，和“大底大面积防热材料”，而“阿波罗”则使用了酚醛环氧低密度烧蚀材料AVCOAT5026- 39/HC-GP，苏联的“联盟号”使用的是玻璃、石棉、酚醛、玻璃钢和聚四氟乙烯烧蚀材料。
【航天器和运载火箭的外壳是什么材料？】上图.阿波罗14号返回舱
中国“神舟”使用的是自研H88、H96聚四氟乙烯低密度烧蚀材料，各国总体上最大的差别在于灌注工艺，中国采用了真空大面积自动化灌注，美国先用手工，后采用了脉冲震动灌注，苏联则采用手糊压模。
上图.联盟号飞船
此外，神舟飞船外层还有层铝合金蒙皮，根据官泄资料，它采用的是重庆西南铝业提供的水压加工高镁铝合金ＬＦ５材料，该项技术仅中美掌握。飞船的主体材质则是钛合金，外侧还有一定量的氮化硅隔热瓦，但这些都比不上全烧蚀材料对飞船返回舱的影响大。
而鼎鼎大名的SpaceX公司则寒酸的多，他们为了压缩成本，采用了不锈钢制造飞船的船身，马斯克美其名曰“不锈钢坚固耐腐蚀，不需要频繁涂刷隔热层，抛光表面可反射辐射” 。技术上它这个属于更复杂却不顶事儿的“辐射防热”手段，即利用耐高温和有高辐射特性的材料表面，将宇航器表面的气动热以热辐射的方式扩散出去防热，可以重复使用，但不耐受高热流密度环境。所以说，商用还真别与国家级方案对掐。
当然，龙飞船上面SpaceX还是不敢真的耍滑头，老老实实的使用了底部烧蚀材料的方案。
怎么样，现在明白宇宙飞船和火箭外壳的秘密了吗？一般轻质材料部分会使用铝合金、碳复合材料、合金钢等，而重要的部分则会使用坚固的钛合金、不锈钢组成，在需要耐火抗热的部位，则会采用局部烧蚀和全烧蚀方案，以聚四氟乙烯复合材料提高抗热性能。

航天器和运载火箭的外壳是什么材料？

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