3 復(fù)合材料在空間技術(shù)中的應(yīng)用

復(fù)合材料在空間技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用,如航天器、多次使用飛行器、發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴、空間結(jié)構(gòu)、天線、雷達(dá)、衛(wèi)星結(jié)構(gòu)、太陽反射器等。

3.1航天器中的應(yīng)用

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的減重直接影響到燃料用量，從而使航天器的運(yùn)行更具經(jīng)濟(jì)性。復(fù)合材料用于不同的航天飛機(jī)上以減輕重量。

復(fù)合材料對(duì)戰(zhàn)神一號(hào)和戰(zhàn)神五號(hào)運(yùn)載火箭的減重有很大幫助。航天飛機(jī)部件復(fù)合材料的減重研究正在取得進(jìn)展。NASA 蘭利中心制造并測(cè)試了機(jī)身襟翼后部的石墨聚酰胺部分。除此之外,蘭利中心還為星座計(jì)劃開展了復(fù)合材料綜合研究。NASA蘭利中心領(lǐng)導(dǎo)了重載復(fù)合材料筒體概念的綜合研究，用于AresV運(yùn)載火箭的級(jí)間應(yīng)用。

碳-碳復(fù)合材料用于航天飛機(jī)的前緣，并已廣泛應(yīng)用于一次性和可重復(fù)使用的運(yùn)載火箭。它是用于航天器行星進(jìn)入、下降和著陸  (EDL)  的高溫材料。高模量碳纖維增強(qiáng)層壓板是許多復(fù)合材料航天器應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。在載人航天器艙中，復(fù)合板用于支撐航天器重返大氣層所需的熱保護(hù)系統(tǒng)  (TPS)。

用于太空推進(jìn)的帶熱障密封的離子和霍爾推進(jìn)器

CMC材料具有耐高溫的優(yōu)勢(shì)。因此,CMC 被用作熱保護(hù)系統(tǒng)的主要材料。可多次使用飛行器ARD是歐洲第一艘完成從發(fā)射到著陸的全程太空任務(wù)的地球返回飛船,于1998年制成,下圖為用于隔熱罩上的陶瓷基復(fù)合瓷磚。

ARD多次使用飛行器的隔熱罩

3.2 空間結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

復(fù)合材料在太空應(yīng)用中已有數(shù)十年的歷史。復(fù)合材料在太空技術(shù)中的應(yīng)用持續(xù)增長(zhǎng)。復(fù)合材料的應(yīng)用范圍廣泛,包括載人航天器、衛(wèi)星、運(yùn)載火箭。

復(fù)合材料可以用于航天器，正是因?yàn)檩p量化和環(huán)境穩(wěn)定性對(duì)于任務(wù)成功至關(guān)重要。復(fù)合材料還被廣泛應(yīng)用于運(yùn)載火箭,其應(yīng)用范圍正在不斷擴(kuò)大。

航天器和空間站結(jié)構(gòu)

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)用于設(shè)計(jì)可部署有效載荷整流罩以及核心助推器的各個(gè)部分，例如級(jí)間結(jié)構(gòu)。復(fù)合材料在國(guó)際空間站中得到廣泛應(yīng)用。獵戶座探索飛行器的所有復(fù)合材料乘員艙均由  NASA  制造，而工程和工具支持則由  Janicki  Industries 提供。

結(jié)論

未來的航空航天領(lǐng)域，存在將制造規(guī)模從試樣級(jí)擴(kuò)大到組件級(jí)的挑戰(zhàn)，除了在火箭相關(guān)設(shè)計(jì)中研究高強(qiáng)度碳纖維，航空航天領(lǐng)域還需要在多功能儲(chǔ)能復(fù)合材料(MESC)、納米電子、納米光子學(xué)和光電子作為電化學(xué)儲(chǔ)能裝置領(lǐng)域進(jìn)行進(jìn)一步研究。

參考資料：

1.Lijalem Gebrehiwet1, Ermiyas Abate, Yared Negussie3, Tesfu Teklehaymanot, Eden Abeselom Application Of Composite Materials In Aerospace & Automotive Industry:Review, International Journal of Advances in Engineering and Management (IJAEM), Volume 5, Issue 3 March 2023, pp: 697-723.

2.S.N. Veeresh Kumar, ―Composite Materials‖, Technical Seminar, April 2018, Visevesvaraya Technological University, Belagavi, India.

3.Nazmul Haque, ―In-situ Impregnation of Polymer Matrix with Copper Powder during Additive Manufacturing‖, Dhaka, Bangladesh, 2017.