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突破技術瓶頸 新材料助飛天宮一號

關鍵詞 新材料 , 天宮一號|2011-10-12 09:23:29|來源 中國磨料磨具網
摘要 備受矚目的天宮一號成功奔向太空,中國載人航天工程由此邁出重要一步!按照計劃,天宮一號發射后的兩年內,神八、神九、神十飛船將先后發射并與之交會對接,進行無人或載人對接試驗。天宮一號是...

  備受矚目的天宮一號成功奔向太空,中國載人航天工程由此邁出重要一步!按照計劃,天宮一號發射后的兩年內,神八、神九、神十飛船將先后發射并與之交會對接,進行無人或載人對接試驗。
  天宮一號是我國航天事業發展的里程碑,它不僅開啟了中國的空間站時代,更將對整個航天及上游材料產業起到巨大拉動作用。
  作為我國航天工業的重要成果,天宮一號凝結了無數科研工作者的汗水和心血,多項新材料也成功應用到天宮一號上。
  
  耐輻照石英玻璃將見證空間交會對接
  空間交會對接是舉世公認的航天技術瓶頸,也是天宮一號面臨的最重要的技術考驗。天宮一號對接任務的完成離不開其姿態控制系統,而姿控系統必須用到關鍵的光學材料,能夠濾紫外線、耐宇宙線輻射、耐近千度的高溫、抗沖擊力強。而國內惟一能滿足此類要求的只有中國建筑材料科學研究總院提供的耐輻照石英玻璃。
  據中國建筑材料科學研究總院相關負責人介紹,該院的顧真安院士帶領科研團隊在1987年便主動接下了國防重點工程———耐輻照石英玻璃這一艱巨的研制任務。
  普通玻璃乃至普通石英玻璃在高強度的宇宙射線輻照下都會變黑不透光,從而造成姿控定位的失誤。在技術完全空白的情況下,中國建材總院通過幾年的研究和反復試驗,解決了在高純石英玻璃內部進行摻雜的技術問題,攻克了高溫熔融不均體、耐宇宙射線輻照等多個技術難關。1995年,耐輻照石英玻璃首次應用于衛星并取得了良好效果,1996年,該成果獲得國家科技進步二等獎。
  十幾年來,中國建材總院每年為我國航天提供百余套配套產品,應用于通信、資源、科研等衛星和嫦娥二號探月工程上。近兩年,研制團隊又在后期熱處理等工序上摸索出了新工藝,大大提高了產品的成品率。
  目前,中國建材總院結合我國航天的中長期目標,不斷改進耐輻照石英玻璃研制技術,重點解決耐輻照石英玻璃的批量供貨能力。

  碳纖維復合材料裝備兩大關鍵系統
  同樣在天宮一號上大顯身手的還有碳纖維復合材料。
  資源艙推進分系統先進復合材料承力錐臺是天宮一號的重要結構件。天宮一號空間實驗室資源艙包括發動機和電源裝置等,用于提供軌道與姿態控制、電力能源供應、熱控環控,為軌道機動提供動力,為飛行提供能源。資源艙推進分系統主承力結構件是天宮一號的重要結構件,外形尺寸大,可分配的結構空間和結構重量小,載荷條件苛刻,設計和制造的技術難度較大。
  哈爾濱玻璃鋼研究院設計的碳纖維復合材料承力錐臺結構方案,創造性地使用蜂窩夾層結構與復合材料十字梁組合結構作為主承力結構件,該設計方案優于金屬面板方案,解決了推進分系統結構空間小、有效載荷難以布局的難題。在產品設計、研制過程中,科研人員破解了大型復合材料結構的有限元設計方法及其在復雜載荷作用下的承載能力、主承力蜂窩夾層結構的設計計算方法等問題,攻克了產品模具設計技術、十字梁整體成型工藝、主承力高精度要求的蜂窩板成型工藝、大型復雜結構的裝配工藝等一系列關鍵技術,滿足了天宮一號承力錐臺工藝制造需求。
  2005年起,經過結構設計、仿真計算分析、初樣產品研制、靜力試驗、正樣產品研制等階段,天宮一號資源艙推進分系統先進復合材料承力錐臺產品成功交付使用。
  哈玻院研制的碳纖維復合材料相機支架是天宮一號應用系統的重要承力結構件。為滿足空間光學結構的應用,相機支架的設計要求五個“高”:尺寸精度及形位精度要求高,線膨脹系數要求高,結構彈性模量要求高,變形要微米數量級、產品基頻高達100Hz以上,重量指標要求高,研制的技術難度較大。
  2006年,哈玻院承擔了天宮一號碳纖維復合材料相機支架組件的研制任務。該項目利用大型仿真分析軟件,建立了參數化計算模型,對復合材料構件進行優化設計,在不規則結構的有限元分析計算方法等方面具有創新性,并解決了三大技術難題:不規則、不等厚、不等寬、大截面加筋結構的工藝成型技術,復合材料加筋夾層結構的成型技術以及高精度雙層加筋結構的精度控制。天宮一號碳纖維相機支架最終順利交付,并通過了各項地面試驗考核。
  據了解,哈玻院從2005年開始陸續承擔了天宮一號的三個研制項目,包括天宮一號資源艙推進分系統先進復合材料承力錐臺研制、天宮一號應用系統先進復合材料相機支架研制、天宮一號應用系統碳纖維復合材料安裝座研制。三個項目由林再文副院長親自負責,歷經模樣、初樣、試樣到正式應用,完全滿足了天宮一號的應用需要。此前,哈玻院曾承擔并圓滿完成了載人航天工程從神舟一號至神舟七號的相應科研任務。
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