北京时间2021年6月17日9时22分,搭载神舟十二号载人飞船的长征二号F遥十二运载火箭,在酒泉卫星发射中心成功发射。

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神舟十二号与天和核心舱的材料,有金属材料(不锈钢、镁合金、钛合金、铝合金、结构钢、高温合金等)和非金属材料航空陶瓷、特种陶瓷、特种橡胶、碳纤维复合材料等加工而成。

与几年前相比,这次神舟飞船

多了更多的黑科技“护身”

新“外衣”可抵御120℃温差

与身着灰色调外衣的“前辈”相比,神舟十二号载人飞船一身银闪闪。这件亮丽的“外衣”,就是由航天科技集团五院529厂历时两年精心研制的一款新型低吸收 - 低发射热控涂层

和以往神舟载人飞船的任务相比,这次神舟飞船在空间站停留的时间更久,面对的空间环境也更加恶劣。届时,神舟十二号载人飞船迎向太阳侧的舱体表面温度将达到90℃,而背向太阳侧的舱体表面温度则将达到-30℃。这种温度差将使飞船内部的空气温度产生严重波动,航天员的生活环境与多种精密设备在舱内将受到影响。

这件学名为低吸收 - 低发射热控涂层的“外衣”,是一种喷涂在航天器外表面的热控制材料。它具备对太阳辐照的低吸收强反射能力,可以大大减少飞船受太阳长时间辐照的内部温度升温现象,再通过极低的红外发射特性,在飞船处于背阳面时减少辐射漏热,大大减缓舱内温度下降速率,起到保温效果。

碳纤维材料操纵棒

在飞船发射和返回过程中,航天员的身体被牢牢束缚在座椅上,身体不能前倾以完成对仪表板上各设备的操作,为解决这一难题,操纵棒应运而生。

操纵棒把手是根据航天员手掌正常抓握状态进行赋型设计的,外部轮廓曲面完美贴合航天员掌心,极大满足航天员操作过程中的舒适度要求。操纵棒杆体设计为可无极伸缩式,航天员可以根据现场条件在一定范围内任意调整操纵棒的长度。同时杆体采用高强度碳纤维材料,比强度高,手感舒适。

飞船舱体密封件是关键!

此次发射,中国航天科技集团公司四院四十二所(以下简称42所)参与了长征二号F运载火箭逃逸火箭发动机研制,承担了“神舟”飞船舱体密封系统的研制生产任务。

42所特种橡胶材料技术与工艺研究室主任、绝热材料橡胶材料领域副总师王江参与了“神舟”飞船舱体密封件的研制。王江表示,“神舟”飞船舱体密封件是飞船舱体结构密封的关键部件

此次神舟十二号载人飞行任务,航天员将穿上国产的舱外航天服开展两次出舱活动及舱外作业。王江也参与了舱外航天服上所有橡胶件的研制与生产,主要包括三类产品,分别是舱外航天服主气密层、手套橡胶件、连接处密封件

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发动机密封关键材料

哈尔滨地方国有工业企业——哈尔滨电碳厂为长二F遥十二运载火箭研发的石墨密封材料,以高耐磨性,高可靠性成为液体火箭发动机密封关键材料。

载人航天火箭逃逸系统是保障航天员安全的独特系统,该系统火箭必须保证绝对可靠。哈电碳厂此次还为长二F遥十二运载火箭逃逸系统研发了喷嘴石墨材料,该材料以耐烧蚀,高可靠性成为逃逸系统火箭喷嘴独家配套产品。

1983年起,哈电碳厂就开始承担航天石墨的研究任务,几乎“包揽”了我国航天事业的所有重大项目。长征、嫦娥、神舟、天宫都有哈尔滨电碳厂的产品贡献。

哈尔滨电碳厂始建于1956年,是国家“一五”期间前苏联援建的156项重点工程之一。半个多世纪以来,承担了多项国家重点军工科研生产项目,是我国碳石墨制品生产和研制基地,电碳行业归口研究所就在哈电碳厂。

脚踏“飞天祥云”遨游九天

航天员 舱内用鞋的材料以热塑材料混纺针织材为主,柔软、轻便、环保、抗静电、透气、富有弹性,保证了航天员在飞船舱内及空间站失重环境下进行活动时脚部的舒适和安全。考虑到舱内的微重力状态以及飞船载人的重量要求,舱内用鞋比日常百姓穿的普通鞋要轻很多。

复合材料液氧贮箱 有望用于新一代火箭

近日,由805所设计研制的3.35米直径复合材料液氧贮箱圆满完成低温力学试验,这是国内大型复合材料液氧贮箱首次通过工程应用级的试验验证,标志着我国复合材料液氧贮箱已经初步具备工程应用能力,这使得复合材料液氧贮箱于“十四五”在我国新一代运载火箭上实现工程应用的目标变得现实可行。贮箱减重30%,火箭飞得更高、载得更重占全箭结构重量60%以上的贮箱,堪称是火箭身上的“大块头”部件。贮箱越轻,意味着火箭可搭载的有效载荷越多,火箭的运载能力越强。近年,从传统铝铜合金到高强铝锂合金,贮箱结构材料的迭代不断助力火箭实现减重“小目标”。从2016年开始,805所结构专业团队就将目光放在具有更高力学性能的碳纤维增强复合材料上,并开展了相关方案论证工作。

复合材料的比强度通常可以提高50%以上,相比金属贮箱可减重30%;且可通过一体化设计方法,大幅简化制造流程和质量控制环节,达到降本增效的显著成果。“新一代运载火箭,若能减重30%,则火箭运载能力将会提升6%。虽然复合材料力学性能优异,能够达到降本增效的效果,但它作为火箭贮箱来说,却有两个不容忽视的缺点,就是极易与液氧发生剧烈反应,同时易出现低温微裂纹渗漏,给贮箱的安全性带来巨大风险。这对于以液氧、液氢等作为推进剂的我国新一代运载火箭来说,是一个亟待解决的难题。团队通过为期1年的集中攻关,攻克了高性能耐液氧树脂材料的制备技术,使材料强度提升约50%,且适用于自动铺丝及缠绕等先进制造工艺,为液氧贮箱轻量化打下坚实基础;通过开展低温密封试验,国内首次突破了直径600mm级复合材料法兰低温液氧密封技术,解决了复合材料液氧贮箱的低温密封难题;采用抗渗漏冗余设计,在贮箱表层增设了一层轻薄隔离层,把“漏网”的推进剂分子牢牢拴住,大幅提升了复合材料液氧贮箱的应用可靠性。

2021年4月20日,805所开展了3.35米直径复合材料液氧贮箱低温110%使用压力试验,各项关键技术攻关成果得以集中验证,产品性能表现良好。

航天新材料产业简讯

  • 除了航天领域的火箭商业化,影响更加深远的还有空间实验技术,根据《瞭望》杂志研究,我国近年来的1000多种新材料中,80%是在空间技术的牵引下研制完成的,其中有不少已经民用化、商业化,其创造的直接经济利益是十分庞大的。

  • 西安航天基地围绕航天、航空、高端装备制造等场景应用的实际需求,以及电子信息、生物医疗和节能环保等新兴领域的新材料需求,重点进行空天复合材料技术,探索发展铝碳化硅增强金属基复合材料、紫外光固化复合材料、超导材料等前沿技术研究。

  • 武汉国家航天产业基地布局商业航天、高端装备、新材料三大产业集群,构筑千亿级“航天生态圈”。航天科工武汉磁电有限责任公司电磁防护材料项目,今年有望投产,为航天、航空、船舶和电子等装备提供全面的电磁防护解决方案。

5月13~14日,由有研科技集团有限公司、西北有色金属研究院等单位联合主办,国合通用测试评价认证股份公司、西安汉唐分析检测有限公司共同承办的“两链融合暨航天新材料产业技术交流会”在陕西省西安市召开。中国工程院院士何季麟、李仲平、张平祥,工信部原材料司副司长常国武,西安市政协副主席王国根,有研科技集团有限公司总经理熊柏青,西北有色金属研究院副院长李建峰,国合通用测试评价认证股份公司总经理赵春雷、党委书记周厚旭,西安汉唐分析检测有限公司总经理杨军红等出席会议。熊柏青、航天材料工艺研究所副总工程师张绪虎、航天五院主任祁俊峰先后围绕高强高韧铝合金、高性能钛合金材料及空间飞行器领域的应用现状与发展需求为大会作了主题报告。本次会议设立了主论坛,难熔金属及高熵合金、航天用铝合金/镁合金、航天用高性能钛合金和分析检测及计量测试4个专题分论坛。

为推动新材料、新工艺及结构轻量化技术在航天结构领域应用,6月24日至26日在安徽省淮北市召开航天新材料新结构应用发展论坛。论坛由安徽省委军民融合办、航天科工三院、淮北市人民政府共同主办,北京空天技术研究所、航天科工三院创新研究院、上海交通大学安徽陶铝新材料研究院等单位承办。

空天动力复合材料及应用专业委员会2021年度学术会议定于8月6-9日在甘肃省张掖市召开。会议由西安航天复合材料研究所协办。参会院士有:

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先进功能材料,助力中国航天出征星辰大海!