Vì sao máy bay vũ trụ cần làm lớp vỏ chịu nhiệt độ cao?

Hàng không vũ trụ là gì? Những chuyến bay của máy bay trực thăng, máy bay chở khách trong bầu khí quyển gọi là chuyến bay hàng không. Còn những chuyến bay của vệ tinh nhân tạo, của các con tàu vũ trụ trên tầng cao ở ngoài tầng khí quyển, người ta gọi đó là hàng không vũ trụ. Máy bay hàng không vũ trụ là loại phương tiện vừa có chức năng bay hàng không, vừa có chức năng bay trong không gian vũ trụ.

Máy bay hàng không vũ trụ thường mang nhiều động cơ tên lửa (hoặc động cơ phản lực cao áp) dùng lực đẩy cực lớn để đẩy máy bay bay đi. Sau khi bay ra khỏi tầng khí quyển, máy bay khởi động các động cơ nhỏ để bay trong quỹ đạo không gian vũ trụ. Khi bay trên quỹ đạo, tổ lái có thể phối hợp thực hiện các nhiệm vụ. Khi bay về, máy bay hàng không vũ trụ cũng thực hiện hạ cánh giống như máy bay thường. Vì máy bay vũ trụ có thể dùng đi dùng lại nhiều lần, vừa có thể bay đi bay về giữa quỹ đạo vũ trụ và quỹ đạo gần mặt đất, nên đó là phương tiện vận tải hiệu quả.

Khi phóng và thu hồi các loại thiết bị bay, các nhà chuyên môn rất quan tâm đến vấn đề là vỏ của các thiết bị sẽ có nhiệt độ rất cao khi bay vào tầng khí quyển. Chúng ta đều biết, vào ban đêm có nhiều sao băng sáng loé mắt, chính là do các sao băng đã bùng cháy khi bay vào tầng khí quyển của Trái Đất và có nhiệt độ rất cao.

Khi máy bay vũ trụ bay về Trái Đất, khi bay xuyên qua tầng khí quyển, vỏ máy bay cũng chịu nhiệt độ cao như vậy. Loại vật liệu nào có thể chịu được nhiệt độ rất cao như vậy? Loại vật liệu đó chủ yếu là những hợp chất silic carbide, silic nitride, zirconi oxyt (như hợp chất silic, boron nitride, nhôm oxyt…). Đây là họ vật liệu gốm không bị mềm khi gặp nhiệt độ cao. Ví dụ gốm silic carbide có thể chịu được nhiệt độ đến 1.500°C mà cường độ vẫn không thay đổi. Về mặt này không kim loại nào có thể so sánh được. Dùng loại gốm này làm vỏ cho máy bay vũ trụ không chỉ nhẹ, có khả năng chịu được nhiệt độ cao, chịu được va đập mà có thể sử dụng đi, sử dụng lại được nhiều lần. Ngoài máy bay vũ trụ, đầu tên lửa liên lục địa, mũi của các vệ tinh nhân tạo, lớp trong của các ống phun lửa, là những nơi có nhiệt độ có thể lớn hơn nghìn độ, người ta hay dùng các loại vật liệu gốm chịu được nhiệt độ cao này.

Các loại gốm chịu được nhiệt độ thường giòn, dễ vỡ nên người ta phải thêm vào gốm loại vật liệu sợi có chứa bo; chế tạo được loại vật liệu vừa chịu được nhiệt độ, có độ cứng lớn, cường độ không thay đổi khi gặp nhiệt độ cao, có thể dùng đi dùng lại nhiều lần. Đây là loại vật liệu phức hợp dùng làm vỏ ngoài cho máy bay vũ trụ có thể bay xuyên qua tầng khí quyển mà vẫn an toàn.