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中国建材总院:新材料护航“天宫二号”

时间:2016年09月28日 信息来源:科学网 点击: 【字体:

长征二号F-T2运载火箭成功将“天宫二号”送上太空,“天宫二号”空间实验室是中国第一个真正意义上的空间实验室,需要长期在外太空停留,所以对材料的要求极为苛刻。继服务“天宫一号”后,中国建筑材料科学研究总院(简称中国建材总院)研发改进的新材料再次成功应用在“天宫二号”。


“耐辐照石英玻璃”应用于姿控系统


“天宫二号”的稳定运行、空间交会对接离不开姿态控制系统。耐辐照石英玻璃是航天器姿态控制系统的核心元件,它具有优异的耐宇宙射线辐照、滤紫外线、热稳定及光学性能,确保自控系统在恶劣环境中长期稳定运行,保证“天宫二号”在茫茫宇宙中不会迷失方向。中国建材总院是国内唯一掌握耐辐照石英玻璃制备技术的单位。


随着我国航天科技的飞速发展,各类新的发射任务对耐辐照石英玻璃的性能指标提出了更高要求,例如在轨运行时间要求由8年提高到了15年,对玻璃内部微气泡、杂点等缺陷也提出了近乎苛刻的要求,顾真安院士、石英院院长王玉芬亲自带队,组建了以青年骨干为主的研制团队,建立了新的耐辐照石英玻璃生产线。


依靠石英院在石英玻璃领域的技术积累,通过系统研究各关键工序,形成了新一代水晶粉料处理技术、掺杂料配制技术、掺杂石英玻璃熔制技术及耐辐照石英玻璃热处理技术,并提高了工艺自动化水平,并2015年牵头修订了《耐辐照石英玻璃规范》国家军用标准,以保障各类航天发射任务的顺利实施。二十余年来,中国建材总院已为我国发射的通信、资源、科研等各类卫星及其它各类航天器提供了多批次耐辐照石英玻璃。


“碳纤维复合材料制品”应用于推进系统


“天宫二号”的推进剂由哈尔滨玻璃钢研究院(简称哈玻院)承载。哈玻院此次承担了碳纤维复合材料主承力锥台、热红外成像仪碳纤维底板和碳纤维遮光罩三个项目,以及成像系统。碳纤维复合材料主承力锥台包含截锥、十字梁、蜂窝板三个组件。


由于碳纤维复合材料有着重量 轻、可设计、强度高的特点,负责承载推进系统上的四个推进剂储箱。热红外成像仪碳纤维底板和碳纤维遮光罩成功支撑成像系统。


在航空航天和国家重大工程的无机非金属材料和先进复合材料方面,中国建材总院多年来积极承担各项配套任务的重要研发、生产和供应,获得了国家有关部门的高度肯定。


“空间用高强度抗辐照玻璃盖片”应用于太阳能电池能源系统


“天宫二号”的太阳能电池帆板是空间运行的动力源泉,其性能直接影响到卫星、空间站的运行寿命和可靠性。中国建材总院研制的空间用高强度抗辐照玻璃盖片则是该太阳能电池能源系统的“防弹衣”。


随着高性能太阳能电池以及大型航天器的发展,大尺寸、高强度、高可靠性成为空间用玻璃盖片的发展趋势。而我国在相关技术、产品方面尚属空白,太阳能电池帆板在装配、大过载发射、空间收拢打开过程中极易发生电池破损,宇宙高能射线、粒子的轰击在运行过程中也会对电池造成较大损伤,极大地影响到太阳能电池帆板的性能和寿命。


针对上述情况,中国建材总院于2002年开始了高强度抗辐照玻璃盖片的研制攻关,先后突破了低膨胀抗辐照玻璃组成、气氛控制熔制、超薄盖片复合增强等关键技术,研制出新型高强度抗辐照玻璃盖片,在抗辐照、透过率、机械强度等方面达到国际先进水平,盖片破损率由已有盖片的近50%降低到20%以下,填补了国内空白。成功应用于我国首次载人航天 “神州5号”飞船等多个空间工程型号应用需求,中国建材总院又相继开发出柔性盖片、低二次电子发射盖片等新型空间用抗辐照玻璃,从材料角度推动了我国空间技术和装备水平的发展,取得了良好的社会效益和经济效益。


(作者:赵竹青)
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