航天飞机的绝热陶瓷，在1700℃高温下竟然可以直接用手抓！

航天飞机的绝热陶瓷，在1700℃高温下能直接用手抓，图中材料已经被加热到2000℃左右，内外都被烧红了，最外层的陶瓷表面与空气对流迅速降温，而内部依然高温，但导热率非常低，内部热量无法传导出来，只能通过光辐射逐渐释放，所以手不会烫伤。

2003年2月1日美国哥伦比亚号航天飞机，在得克萨斯州上空解体，7名航天员全数罹难。在航天飞机起飞82秒后，3块泡沫材料碎块从连接外部燃料箱和航天飞机的支架区域脱落，也就是杜绝热量的防热瓦。当航天飞机返回大气层时，导致超高温气体进入机内并且造成失压缺氧让宇航员昏迷，最终造成飞机解体。

虽然哥伦比亚号航天飞机因为隔热瓦脱落砸中机体造成，但这很大程度上是总体设计的问题，如果航天飞机和外置燃料罐设计成平齐的结构，就算隔热瓦脱落也不会砸到机翼，并且如果飞机在燃料罐的上方，被整流罩保护起来的话，就不会发生事故，但是事故已经发生，这个隔热瓦很重要吗？

大家都知道航天飞机返回地球大气层时温度很高，其实这种高温并不是因为飞船与大气层摩擦造成的，而是因为飞船迎风面的空气因为受到剧烈地压缩而产生的。虽然船体与空气摩擦也能产生高温，但仅占高温的一小部分。大家都用打气筒打过气吧，下面温度升高就是这个原因。

所以防止这种高温对航天器的伤害，一般有3种办法。一种是靠吸热式防热，在返回舱上粘上导热性能好、熔点高的吸热材料来吸收产生的高热。一种是靠烧蚀防热，用特殊高分材料融化和升华的带走热量。最后一种就是靠辐射防热，用具有辐射性极好的陶瓷等复合材料，能更快地散热，并且防止热量传导进去。

而航天飞机一般用的是第三种办法，这种方法的好处就是可以重复利用，只要没有太大问题下次可以继续用。当航天飞机准备进入大气层时，启动机首和机尾姿态调整发动机，形成机尾向前，机腹向地面的姿势。并且轨道发动机逆向喷射，达到急剧减速的目的。

当进入大气层时，就要机头向前，以25马赫数的高速、40度俯冲角进入大气层。机身外壳会烧红并形成电离通讯中断16分钟。距离地面50公里时，速度为10800公里/小时，距离地面38公里时，速度7680公里/小时，并且要关闭所有发动机后手动操作，以340公里/小时的速度搭配减速伞降落。

因为航天飞机进入大气层时各个部位与大气接触面不同，所以需要不同的隔热材料。机身中、前段和机翼的下表面用的是高温防热瓦，用大概20000多块，重达4吨多，用于温度区间为648～1260℃。

机身的鼻锥、机翼前缘是防热的重中之重，要用最厉害的黑色的碳复合防热瓦，使用面积为38平方米，重量达1.6吨，面对的高温达到1650℃。机身中、前段和机身的上表面用的是低温防热瓦，用了7000块，重量也达到了1吨，温度区间为371℃～648℃。

图1就是航天飞机用的防热瓦，由90%的空气和10%的硅纤维制成的，散热性能非常高。内部温度出不来，表面能迅速降温，这样就能保护机体不受高温烧灼。所以就看到了开头那一幕，就算这种材料从熔炉中取出来，只要稍微放一会，表面的温度就会散失，而内部的温度根本出不来。

这和传热系数有很大的关系，比如说0度的钢铁和0度的棉花，摸起来感觉完全不同的，虽然温度一样，但是棉花还是感觉温度要高一些。同样的道理，冬天摸铁觉得冷，同样摸户外温度相同的木头却不会太冷，就是人类的温感取决于材料热传递性能。

再举一个不太恰当的例子就是，可以把图一的材料想象成保温瓶，都是降低热传导的原理，保温瓶用的是复合材料和真空原理保温，而图一是材质均匀的材料，内部就像保温瓶中的开水，虽然外面的瓶子都冷了，但水瓶里的水还是热的。

航天飞机的隔热瓦，是维护费用高昂的原因之一，可重复使用的航天飞机，核心秘密就是遍布全身的隔热瓦，虽然不显眼但能隔绝上千摄氏度高温，也正是这种小小的瓦片价格极高，维护起来异常麻烦，所以导致总成本暴增。图16是马斯克的星舰飞船上使用的隔热瓦，形状更统一，方便批量生产和维护，从而将成本降到更低。