同样是在1976年,美国宇航局刚刚结束了阿波罗登月,正在研发一个新的航天项目,也就是后来的航天飞机。
很多人觉得太空计划都是不计成本的,但航天飞机恰恰相反,它的初衷就是建造一个低成本的可重复利用的航天器,让人们能以相对合理的价格像坐飞机一样往返于地球和太空之间,因此一切设计都是以便宜和耐用为宗旨,尽管实际上它远远没有达到预期的目标。
研制过程中遇到的一个巨大难题是载具在重返大气层时会与空气高速摩擦产生超过上千摄氏度的高温,以前的太空飞船都是使用一次性烧灼材料,用完就报废,但航天飞机不行,必须能保证完好无损之后重复使用。
想要承受这么高的温度最理想的材料是钛合金,然而钛合金的造价太高,所以整个航天飞机只能采用和普通飞机几乎无异的航空铝合金材料。
但铝合金有个致命的问题就是耐热性不好,温度超过200摄氏度以上材料性能就开始迅速下降,如果就这么直接进入大气层,航天飞机将直接解体。人们必须找到一种理想的材料把热量隔绝在飞机之外。如果解决不了这个问题,那么整个项目将彻底失败。
正当不知如何是好的时候,没准某个研发团队的工程师是F1赛车迷,正好看到了Brabham BT45所使用的碳-碳复合材料刹车盘,觉得或许也能抵御大气层的持续烧灼?
事实证明没错,这是非常厉害的材料,于是在当时还算黑科技的碳-碳复合材料被应用到了航天飞机上,成为至关重要的机身隔热瓦,实现了从汽车到航天领域转变!
1981年4月12日,美国“哥伦比亚”号在加州起飞,这是航天飞机的历史首次飞行。在绕地球飞行36圈后,航天飞机以10倍音速进入大气层,高速空气摩擦使机身表面温度超过1200℃!不过碳-碳材料经受住了考验,保护了飞机和宇航员,最终哥伦比亚号顺利返航,从此开启新时代。
这种材料好是好,不过也有一个小问题,重量。尽管碳基材质相比金属已经算轻的,众所周知我们现在都用碳纤维来减重,即使如此它的重量相对于航天领域来说还是太重,如果覆盖飞机全身的话那它就飞不起来了,所以只能用在关键的机头和机翼前缘温度最高的位置。
遗憾的是2003年哥伦比亚号航天飞机因为起飞时掉落的泡沫击穿了机翼的碳-碳复合材料隔热层导致返回大气层时烧毁失事,7名宇航员丧生。
如今汽车使用的所谓碳陶瓷刹车盘是后来出现的改进版,它在碳纤维中加入碳化硅,相对易于加工且性质更稳定,耐热性能也差不离,归根结底价格便宜一些,不过它的摩擦系数稍微差了点,所以高性能赛车或者飞机的刹车还是使用碳-碳材质。
经过了四十多年的发展,碳材质已经从最初的赛车黑科技和航天飞机逐渐走入了人们的家用汽车,但无论如何碳陶瓷刹车的价格还是挺贵的,目前终究还只能是有钱人的玩具。如果你拥有一辆碳陶刹车的车,可以很骄傲的说我车的刹车盘NB得可以上天!(文/图 汽车之家 罗浩)