[发明专利]用于火星着陆器热控制的隔热组件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种隔热组件，具体是一种用于火星着陆器热控制的隔热组件及其制备方法。

背景技术

火星表面存在CO₂大气、恶劣的沙尘暴、2～20m/s的风速，温度变化范围-130℃～+30℃，受火星表面热环境的影响，火星着陆器与外部环境之间存在对流、辐射以及与火星地面的导热等多种换热方式。为应对温度变化剧烈、存在多种换热方式的火星表面热环境，其隔热装置十分关键。然而，在有气体对流的热环境下，传统航天器多层隔热组件的隔热效果明显下降，多层已不能满足于火星着陆器的保温隔热要求;此外，火星着陆器的重量和能源等资源十分宝贵，需要隔热装置在满足性能要求的同时尽量减轻重量。

气凝胶是一种以纳米量级胶体粒子相互聚集构成纳米多孔网络结构，并在孔隙中充满气态分散介质的高分散固态材料。SiO₂气凝胶密度低(0.003～0.5g/cm³)，孔隙率高(80%～99.8%)，常温常压下的热导率低于0.02W/m·K，甚至低达0.012W/m·K，并能适应-200～800℃的高低温真空环境，是固体材料中热导率最低的一种材料。然而，气凝胶强度低、脆性大的特点使其在工程上难以作为块体隔热材料单独使用。虽然在气凝胶中引入增强体进行增强、增韧，可以在一定程度上提高气凝胶的力学性能，但如果要保证足够的力学性能，就需引入较多增强体，增强体本身较高的热导率增加了材料的固相热传导，导致隔热效果降低。而本发明所述的隔热组件可以实现SiO₂气凝胶材料在火星着陆器上的应用，满足在火星表面环境下的隔热要求。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于火星着陆器热控制的隔热组件及其制备方法，该隔热组件解决了火星着陆器在温度变化剧烈、存在气流的热环境以及能源、重量等资源异常有限条件下的隔热问题。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种用于火星着陆器热控制的隔热组件，包括薄层结构、结构支撑件、第一气凝胶块体、第二气凝胶块体、蜂窝以及蒙皮，其中，所述蜂窝的内部填充第二气凝胶块体，并夹于上下两层蒙皮之间，形成蜂窝板，所述蜂窝板的第一面上设置有第一气凝胶块体和结构支撑件，所述第一气凝胶块体外表面覆盖薄层结构;

所述第一气凝胶块体和第二气凝胶块体均为SiO₂气凝胶复合材料。

所述SiO₂气凝胶复合材料具有纳米多孔结构且具有低纤维含量。

所述结构支撑件为具有低热导率的环氧树脂材质。

所述蜂窝为聚酰亚胺材质，蜂窝的厚度为10mm。

所述蒙皮为碳纤维材质，蒙皮的厚度为lmm。

所述薄层结构为玻璃纤维材质，薄层结构的厚度为0.5mm。

所述第一气凝胶块体与蜂窝板、结构支撑件以及薄层结构之间通过耐高温粘接剂粘接;所述第二气凝胶块体与蒙皮之间通过耐高温粘接剂粘接。

所述薄层结构的外表面以及蜂窝板的第二面覆有具有低发射率的镀铝薄膜层。

一种用于火星着陆器热控制的隔热组件的制备方法，包括以下步骤:

步骤1，选用含少量纤维的SiO₂气凝胶复合材料，并采用超临界干燥的方法制备第一气凝胶块体和第二气凝胶块体，再进行机械加工，达到所需尺寸;

步骤2，将第二气凝胶块体填入蜂窝的内部;

步骤3，在蜂窝的上下表面平铺蒙皮，蒙皮与蜂窝之间通过耐高温粘接剂粘接，形成蜂窝板;

步骤4，通过耐高温粘接剂将第一气凝胶块体与结构支撑件进行粘接，再将第一气凝胶块体与结构支撑件整体粘接到步骤3所得的蜂窝板的第一面上;

步骤5，在第一气凝胶块体的外侧使用耐高温粘接剂粘贴薄层结构。

一种用于火星着陆器热控制的隔热组件的制备方法，还包括以下步骤:

步骤6，在薄层结构的外表面以及蜂窝板的第二面粘贴具有低发射率的镀铝薄膜。

所述蜂窝为聚酰亚胺材质，蜂窝的厚度为10mm;

所述蒙皮为碳纤维材质，蒙皮的厚度为lmm;

所述薄层结构为玻璃纤维材质，薄层结构的厚度为0.5mm;

所述结构支撑件为具有低热导率的环氧树脂材质。

上述碳纤维蒙皮和聚酰亚胺材料的蜂窝作为结构板承力，填充在蜂窝芯的第二气凝胶块体作为隔热材料;仪器设备和蜂窝板之间的隔热层采用结构支撑件承力，第一气凝胶块体作为隔热材料。