神12上的国产新材料担当

来源:《中国石油和化工产业观察》杂志


6月17日9时22分,神舟12号载人飞船在酒泉卫星发射中心被送入太空。

几小时后,神舟12号成功对接于天和核心舱前向端口,与此前已对接的天舟2号货运飞船一起构成3舱(船)组合体。

搭载的航天员将成为天和核心舱首批入住人员,并在轨驻留3个月,开展舱外维修维护、设备更换、科学应用载荷等一系列工作。

这次神舟飞船上应用的一批国产新材料担当了飞船在轨正常工作及航天员的生命安全保障。

热控涂层,抵御120摄氏度温差的飞船外衣

神舟12号载人飞船一身银闪闪。这件亮丽的外衣是由中国航天科技集团有限公司5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恶劣。届时,神舟12号载人飞船迎向太阳侧的舱体表面温度将达到90摄氏度,而背向太阳侧的舱体表面温度则将达到零下30摄氏度。这种温度差将使飞船内部的空气温度产生严重波动,舱内航天员的生活环境与多种精密设备将受到影响。

低吸收-低发射热控涂层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升温现象。再通过它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。同时,它还具备抵抗太空时时刻刻的高能紫外辐照、原子氧轰击以及多种高能粒子与电离辐射攻击的能力。

石墨,耐磨可靠的发动机密封材料

哈尔滨电碳厂为搭载神舟12号载人飞船的长征2号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。该系统必须保证绝对可靠。哈尔滨电碳厂此次研发的材料以耐烧蚀、高可靠性成为逃逸系统火箭喷嘴独家配套产品。

特种橡胶,屏障太空与舱体的密封材料

中国航天科技集团有限公司4院42所承担了神舟飞船舱体密封系统的研制生产任务。神舟飞船舱体密封件是飞船舱体结构密封的关键部件。采用特种橡胶材料的密封材料是主要屏障,保证舱内环境的正常状态,使飞船在太空里还有如同地球上的环境,保证里面的空气不泄漏。

金属橡胶,坚固减振仪表板的减振器

作为飞船仪表设备的承重部件,仪表板的整体框架式构型不仅为仪表显示设备和主要手控设备提供独立的空间,而且提供了准确可靠的安装接口。中国航天科技集团有限公司5院510所设计制造的仪表板通过4个金属橡胶减振器实现与飞船舱壁的可靠联接。4个金属橡胶减振器就像4个忠诚的软甲卫士,性能上既有金属的固有特性,又有橡胶的弹性。在飞船发射、飞行和返回过程中遇到巨大的振动、冲击等情况时,能够为飞船上的仪器设备提供必要的力学工作环境。例如,在发射、返回过程中保证设备生存,在飞行过程中改善仪表板上设备的力学工作环境。

碳纤维,高强度手臂延长操纵棒

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,中国航天科技集团有限公司5院510所研制的操纵棒应运而生。

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任意调整操纵棒的长度。同时杆体采用高强度碳纤维材料,相当于航天员手臂的延长。

热塑材料,特殊功能的航天服

此次神舟12号上的航天员穿上国产舱外航天服开展两次出舱活动及舱外作业。4院42所再次承接舱外航天服上所有橡胶件的研制与生产任务,包括航天服主气密层、手套橡胶件、连接处密封件。产品首次用于航天员出舱进行空间站建设。根据热塑性材料特点,结合橡胶材料成型工艺,4院42所课题组在国内首创热塑性材料模压成型技术。产品成功经受地面8万次的疲劳试验,并通过低压(真空)、高低温、失重等环境试验,实现了我国舱外服主气密层由跟踪模仿向自主创新转变。

掌指气密手套是舱外航天服手套的重要部件,关系到航天员舱外手部操作到活动能力和安全防护。课题组从机械手中受到启发,将机械手引入舱外服手套的研制生产过程。浸渍流程自动化,可以通过机械手精准地模拟手工浸渍动作,实现成型机械化生产,彻底避免产品匀胶不均、有流淌纹或气泡等质量问题。

东华大学航天员服装研发设计团队为保障航天员太空和地面工作生活全过程设计了系列专用服装。其中,既包括航天员在空间站工作生活的工作服、锻炼服、休闲服、失重防护服、睡具等,还有常服、任务训练服、专用服饰等地面任务服装等多个种类,这些专用服装不仅要确保实现多项特殊功能,还要融入中国特色设计元素。此外,航天员离不开一双既舒适又美观的空间站任务舱内用鞋。据东华大学航天员舱内用鞋研发设计团队负责人、东华大学国际时尚科创中心教授郑嵘介绍,舱内用鞋的设计研制整合了学校人体测量学、人体工学、材料学、三维建模、快速成型、产品设计等多个领域的学科优势,全面考虑了包括空间站的特殊环境、人体的特征、运动的需求等设计影响因素。舱内用鞋材料以热塑材料、混纺针织材料为主,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。脚面造型尝试鱼排骨式的波状结构,保证了灵活性与保护性的统一。为缓冲航天员运动时产生的碰撞,脚部前端与后部设计饱满,不仅使穿着上更加舒适,而且造型更为立体。考虑到舱内的微重力状态以及飞船载人的重量要求,舱内用鞋比普通鞋要轻很多。

(根据资料和公开报道整理) 

它们是用特殊材料做的

7月1日,在建党100周年庆祝大会上,空中护旗梯队悬挂巨幅党旗和标语飞过,现场欢呼声如潮。

据介绍,巨幅党旗长9米、宽6米,巨幅标语长14米、宽2.5米,在高空每小时160~180公里的飞行速度下,依然展开平整、色彩鲜艳、完好无损,像挂在空中一般。

在如此高速的飞行气动冲击下,普通的巨幅旗帜尾部会产生剧烈抖动,使得旗帜边缘局部受损,导致整个旗帜很快被撕裂。这次使用的巨幅旗帜表现为何如此之好?原来,它是中国航天科技集团有限公司五院508所采用化工新材料制作的。

“在气流中飞行时,旗面尾部受到的惯性力大小与材料的质量分布率成正比,因此在保证强度的前提下,旗面材料越轻,加载到旗面的破坏力越小。”技术人员介绍。经过对各种不同类型材料的对比, 508所研制团队最终选择了航天器降落伞伞衣用细旦高强尼龙66纤维作为旗面材料,以适应高速气流的冲刷。这种材料强度高、质量轻,即使出现小面积破损也不会出现严重的脱丝现象,抖动声音小。其锦丝长丝的线密度可以达到20旦或更小,粗细仅有一般头发丝直径的1/3,但强度却可达普通民用锦丝强度的两倍,比神舟飞船降落伞用伞衣材料强度还高17%,而重量却降低了15%。

但这种材料透光度太强,高空飞行展示效果并不完美。508所与化工企业合力攻关,在原布料上使用了特制涂料工艺,既改善了外观,从地面看过去旗帜图案清晰可见,又使党旗具备很好的防雨能力,即使雨滴落在旗面上也会迅速滑落,丝毫不影响党旗在高空飘扬。

原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s/v1K2wGzk1I249AByefYkzg

(转“石化产业观察”)

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