航空航天特种橡胶管——深空探测极端环境下的长寿命柔性流体输运通道

随着我国深空探测任务不断向月球、火星等更远的空间延伸，传统航空航天橡胶管的使用环境已经从近地的常温常压场景，拓展到了月面的超宽温域、火星的强腐蚀大气、行星际空间的强辐照等过去完全无法想象的极端场景，新一代特种橡胶管正在技术创新的支撑下，为深空探测任务构建起长寿命的柔性流体输运通道。

在嫦娥六号月球采样返回器的上升器高压氧气输送橡胶管领域，国内研发团队开发出了全氟醚橡胶增强的耐-200℃极低温柔性橡胶管，解决了上升器在月面-180℃极寒环境下的高压氧气安全输送难题。嫦娥六号上升器携带的高压氧气，是作为上升器发动机的氧化剂使用，橡胶管需要在月面的极低温环境下，长期输送压力超过20MPa的高压氧气，普通的橡胶管在这种环境下会直接脆裂，完全无法使用。国内深空探测材料研发团队通过特殊的分子改性技术，在全氟醚橡胶的分子链中引入了大量的柔性醚键侧基，将橡胶的玻璃化转变温度降低到了-42℃，这是目前全球公开报道的全氟醚橡胶最低的玻璃化转变温度。这款特种橡胶管的承压增强层采用了高强度的聚酰亚胺编织丝，在-200℃的极低温环境下，依然可以保持极高的拉伸强度。经过地面的月球环境模拟试验验证，这款橡胶管在-190℃的液氧环境下，依然可以保持良好的柔韧性，不会出现任何脆化开裂，25MPa压力下的氦气泄漏率为零。目前这款极低温特种橡胶管已经随嫦娥六号上升器顺利从月球表面起飞，完美完成了月面上升过程中的高压氧气输送任务，为我国月球采样返回任务的圆满成功做出了关键贡献。这也是全球首次将全氟醚橡胶柔性管成功应用于月球表面的极端低温环境。

在火星车的生命维持系统水输送橡胶管领域，国内研发团队开发出了耐高氯酸根腐蚀的硅橡胶复合橡胶管，解决了火星表面高氯酸根腐蚀性环境下的长期纯水输送难题。火星表面的土壤中含有大量的高氯酸根腐蚀性离子，火星车的水循环系统如果使用普通的橡胶管，高氯酸根离子会快速渗透进橡胶内部，导致橡胶在几个月内就出现老化开裂，同时污染输送的纯净水，直接影响火星车上的精密科学载荷的正常工作。国内航天橡胶研发团队通过在硅橡胶基体中添加经过离子交换改性的沸石填料，这些沸石的孔道可以高效吸附穿过橡胶层的高氯酸根离子，完全阻止腐蚀性离子渗透到管路内部的纯水中。经过火星环境模拟的10年加速老化试验验证，这款特种橡胶管的高氯酸根离子渗透量不到普通硅橡胶管的1%，完全满足火星车10年以上的长寿命使用要求。目前这款耐腐蚀性橡胶管已经应用于我国天问三号火星采样返回任务的火星车生命维持系统，将在未来的火星表面探测任务中，为火星车的水循环系统提供可靠的流体输送保障。

在新一代空天飞机的机载超临界二氧化碳发电系统特种橡胶管领域，国内研发团队开发出了耐700℃超临界流体的特种金属橡胶复合管，解决了空天飞机废能发电系统的极端工况流体输送难题。新一代空天飞机使用的超临界二氧化碳发电系统，工作温度高达700℃，工作压力超过30MPa，普通的有机橡胶管在这种环境下会瞬间完全分解，根本无法使用。国内研发团队创新性地开发出了金属丝编织的多孔金属橡胶骨架，再在骨架的孔隙中填充耐高温的陶瓷化硅橡胶，制备出了全新结构的复合橡胶管。这款新型橡胶管在700℃的高温环境下，内部的硅橡胶会原位转化为连续的陶瓷相，依然可以保持良好的密封性能，完全不会出现烧穿泄漏的问题。经过地面全工况模拟试验验证，这款复合橡胶管可以在700℃、35MPa的超临界二氧化碳环境下连续工作超过1000小时，性能没有出现任何明显衰减。目前这款世界首创的超高温复合橡胶管已经应用于我国空天飞机的地面原理验证样机，为空天飞机的高效能量循环利用系统提供了关键的柔性管路支撑。从月球上升器的-200℃极低温氧气橡胶管，到火星车的耐高氯酸根水输送橡胶管，再到空天飞机的700℃超临界流体复合橡胶管，特种橡胶管正在不断突破流体输送的温度和环境边界，为我国深空探测任务的不断推进构建起可靠的柔性通道。