多款复合材料产品助力神舟十二号载人飞船成功发射
发布时间:2021-06-21   浏览次数:2032

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点火发射。

时隔五年

神舟飞船再一次护送航天员往返天地

与几年前相比,这次神舟飞船

多了更多的黑科技“护身”

也不乏高分子材料也在此“大展身手”!


碳纤维材料操纵棒是航天员手臂“延长器”

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。


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。

 神舟十二号载人飞船(五院提供)

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、绝热材料与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。

▲ 飞船舱体密封件

王江:“密封材料是保证舱内环境的主要屏障,保证舱内环境的正常状态。在太空里还有一个像地球一样的环境,保证里面的空气不泄露。”

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。

▲ 手套橡胶件

说完飞船

再来说说航天员们的“打扮”

三位“帅哥”身着“太空华服”再现星空

在16日神舟十二号航天员与记者见面会上,三名航天员身着东华大学航天员服装研发设计团队研制的常服帅气亮相酒泉卫星发射中心问天阁。

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多个种类,这些专用服装不仅确保实现多项特殊功能,还融入中国特色设计元素,成为航天员亮相世界的“太空华服”。

各具功能的不同类型服装,有的能够帮助航天员在长时间太空飞行中起到对抗失重对人体肌肉的不利影响,有的还能呵护航天员调节他们的情绪和心情,同时还要考虑舱内光线环境下进行摄影、摄像和图像传输后的显示效果,可谓是“一样菜必须满足百家胃”。


透过面窗,看星辰大海

从神舟七号到刚刚发射的神舟十二号飞船,航天员使用的出舱宇航服头盔面窗和相关塑料件都是由郑州大学的团队所研制。面窗组件是宇航员在外太空活动时观察外界的窗口,可以说是宇航员的“眼睛”,它不仅要给宇航员提供一个清晰、良好的视野,也是航天员生命保障最关键的部件之一。作为航天服最薄弱的环节,面对巨大的气压,面窗有任何裂纹,都可让航天员面临生命危险。

自2005年3月,郑州大学国家橡塑模具工程研究中心正式接受解放军总装备部航天委托研制宇航员出舱头盔面窗任务以来,模具中心的科研和工程技术人员在申长雨院士的带领下团结协作,夜以继日的艰苦奋战,上百次的反复实验,终于突破了航天和军工塑料制品的成型和模具技术,成功研制出太空工作站用新一代航天服面窗、新型战机光电作战头盔护目镜等关键防护装置,为“神舟”系列飞船与“天宫”实验室交会对接飞行任务的圆满成功作出重要贡献,荣获“中国载人航天工程突出贡献奖”。

神舟十二号上有两套面窗产品为郑州大学研制,一套是发射过程中航天员所穿的舱内服面窗,一套是航天员在太空中进行作业所用的新一代航天面窗。

郑州大学橡塑模具国家工程研究中心执行主任刘春太教授受邀到酒泉卫星发射中心,现场见证了整个发射过程。“今天的酒泉晴空万里,我们在现场一起倒计时,9时22分发射升空时,巨大的轰鸣声强烈敲击着我兴奋的心脏,一种奉献后的荣誉感油然而生!”刘春太教授激动地说。

刘春太教授在现场见证发射过程

界面浸渍强化新技术保障航天员的生命安全

哈尔滨工业大学化工与化学学院黄玉东教授团队完成了神舟系列飞船12号逃逸系统发动机喷管扩散段关键技术的研制任务。针对喷管扩散段复合材料中纤维与树脂界面结合不均匀问题,团队发明了酚醛树脂与增强体复合过程中的界面浸渍强化新工艺及其新装备,形成了固体火箭发动机喷管成型的通用技术。采用此技术可使复合材料层间剪切强度的离散系数降低,极大提升了发动机喷管的质量可靠性和安全性,为保证航天员的生命安全奠定了坚实的基础。

延伸阅读:宇航服

随着我国航天任务向深空延伸,航天服材料面临的主要挑战:

①隔热材料:耐高温和低温能力;隔热性能;阻燃和自熄能力;极端环境条件下的稳定性;足够的机械强度等。

②防辐射材料:能够阻隔银河宇宙射线(GCR)、太阳粒子事件(SPE)、以及次级粒子。

③防月尘材料:防止月尘污染。

④防冲击性能:防止天体碎片和太空垃圾可能的冲击。

⑤足够的柔性:尽可能的柔性材料等(服装)。

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因此,宇航服除了常规的纤维面料外,还会用到高强高模聚乙烯、芳纶、聚酰亚胺等高性能纤维,这些都是高分子材料....

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来源:严说一点
 关键词:复合材料 | 碳纤维 | 航空航天
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