航天科技五院529廠成功研制4種碳-碳復合材料結構產品
日前,經過一年多的刻苦攻關,航天科技集團公司五院529廠研發團隊成功開發出4種高穩定、高精度的碳-碳復合材料結構產品。
這種“雙高”碳-碳復合材料夾層結構屬國內創,技術達到國內、國際先進水平,為未來高精度航天器研制突破了材料瓶頸。
高穩定、高精度復合材料是輕質、高精度航天器結構的重要發展方向。傳統的航天器結構多采用鋁蜂窩芯或紙蜂窩芯的夾層結構。但這些結構不能滿足未來高精度航天器對零膨脹、高尺寸穩定性和高精度的要求。
例如,星敏感器是衛星姿態控制分系統的重要儀器,為保證衛星的姿控精度,必須給星敏感器提供高精度、高穩定的平臺。若采用金屬結構或傳統復合材料結構,在太空冷熱交變環境中,支架很容易產生熱變形,從而影響星敏感器指向。采用這種碳-碳復合材料結構則能滿足高穩定、高精度的要求,進而保證衛星的姿控精度。
美國和西歐自上世紀90年代起開始研究零膨脹、高穩定、高精度的航天器復合材料結構。目前,歐空局在已開展的科研項目——太陽軌道器、歐幾里得探測器、柏拉圖太空望遠鏡等航天器上均裝載了多個高精度光學儀器和探測設備,且都采用了類似的高精度、高穩定輕質材料結構平臺。
近年來,我國遙感衛星、空間探測器等高精度航天器飛速發展,對這種“雙高”復材結構提出越來越迫切的需求。作為國內宇航復合材料的先行者,529廠結合型號研制、預先研究工作,與兄弟單位合作開展了相關研究。
在碳-碳復合材料結構研制過程中,該廠研發團隊充分利用多學科優勢,結合材料、紡織、化學、機械等專業知識,攻克了多項關鍵技術瓶頸,為產品研制鋪平了道路。同時提升了先進復合材料結構的研發能力,其中多項技術成果將在后續型號研制中應用。
該廠在國內次研發出的4種高穩定、高精度碳-碳復合材料夾層結構分別是碳波紋蜂窩芯/碳面板復合材料、碳格柵芯/碳面板復合材料、碳六邊形蜂窩芯/碳面板復合材料和三維整體間隔夾層碳-碳復合材料。
這4種結構均為全碳復合材料,熱膨脹系數低、熱變形小,滿足高穩定、高精度的要求;同時,這4種結構均為夾層結構,滿足了高剛度和輕質的要求。此外,這4種“雙高”碳-碳夾層復合材料結構均具有可設計性,可根據結構的力學性能和熱性能要求進行詳細設計,為設計師提供充分的設計空間。
529廠對這4種高穩定、高精度的碳-碳夾層結構復合材料擁有完全的自主知識產權。后續,該廠還將就制造大尺寸復合材料結構產品及提高工藝穩定性開展進一步研究,并加強相關技術的推廣應用,為航天器超靜、超穩結構研制奠定扎實的技術基礎。(馬立)
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這種“雙高”碳-碳復合材料夾層結構屬國內創,技術達到國內、國際先進水平,為未來高精度航天器研制突破了材料瓶頸。
高穩定、高精度復合材料是輕質、高精度航天器結構的重要發展方向。傳統的航天器結構多采用鋁蜂窩芯或紙蜂窩芯的夾層結構。但這些結構不能滿足未來高精度航天器對零膨脹、高尺寸穩定性和高精度的要求。
例如,星敏感器是衛星姿態控制分系統的重要儀器,為保證衛星的姿控精度,必須給星敏感器提供高精度、高穩定的平臺。若采用金屬結構或傳統復合材料結構,在太空冷熱交變環境中,支架很容易產生熱變形,從而影響星敏感器指向。采用這種碳-碳復合材料結構則能滿足高穩定、高精度的要求,進而保證衛星的姿控精度。
美國和西歐自上世紀90年代起開始研究零膨脹、高穩定、高精度的航天器復合材料結構。目前,歐空局在已開展的科研項目——太陽軌道器、歐幾里得探測器、柏拉圖太空望遠鏡等航天器上均裝載了多個高精度光學儀器和探測設備,且都采用了類似的高精度、高穩定輕質材料結構平臺。
近年來,我國遙感衛星、空間探測器等高精度航天器飛速發展,對這種“雙高”復材結構提出越來越迫切的需求。作為國內宇航復合材料的先行者,529廠結合型號研制、預先研究工作,與兄弟單位合作開展了相關研究。
在碳-碳復合材料結構研制過程中,該廠研發團隊充分利用多學科優勢,結合材料、紡織、化學、機械等專業知識,攻克了多項關鍵技術瓶頸,為產品研制鋪平了道路。同時提升了先進復合材料結構的研發能力,其中多項技術成果將在后續型號研制中應用。
該廠在國內次研發出的4種高穩定、高精度碳-碳復合材料夾層結構分別是碳波紋蜂窩芯/碳面板復合材料、碳格柵芯/碳面板復合材料、碳六邊形蜂窩芯/碳面板復合材料和三維整體間隔夾層碳-碳復合材料。
這4種結構均為全碳復合材料,熱膨脹系數低、熱變形小,滿足高穩定、高精度的要求;同時,這4種結構均為夾層結構,滿足了高剛度和輕質的要求。此外,這4種“雙高”碳-碳夾層復合材料結構均具有可設計性,可根據結構的力學性能和熱性能要求進行詳細設計,為設計師提供充分的設計空間。
529廠對這4種高穩定、高精度的碳-碳夾層結構復合材料擁有完全的自主知識產權。后續,該廠還將就制造大尺寸復合材料結構產品及提高工藝穩定性開展進一步研究,并加強相關技術的推廣應用,為航天器超靜、超穩結構研制奠定扎實的技術基礎。(馬立)
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