新材料助力中国航天器飞得更高

新材料助力中国航天器飞得更高

引用

国家自然科学基金委员会

等

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来源

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https://www.chinaerospace.com/article/59214

2024年7月，中国科学院空间应用工程与技术中心传来一则振奋人心的消息：西北工业大学魏炳波院士团队在中国空间站开展的高性能难熔合金研究取得重大突破。这一系列成果不仅揭示了微重力环境下材料凝固的特殊规律，更为未来制备高性能航天材料开辟了新路径。

这一突破是中国航天新材料研究的最新例证。近年来，随着中国航天事业的快速发展，新型材料的研发和应用已成为推动航天技术进步的关键力量。从空间站建设到深空探测，从运载火箭到载人飞船，新材料的应用无处不在，为航天器的性能提升提供了重要支撑。

在航天领域，气凝胶的应用堪称典范。这种材料具有超轻、超细的多孔结构，热传导性极低，能够用更小的体积和更轻的质量达到优异的隔热效果。目前，气凝胶已在多个航天器中得到应用：

• 在神舟十六号载人飞船上，气凝胶作为多层外包隔热层的关键材料，有效保护了航天器和宇航员免受极端温度的影响。
• 祝融号火星车在火星表面执行任务时，依靠气凝胶的优异保温性能，成功抵御了火星夜间零下100多度的严寒。
• 长征五号运载火箭则将气凝胶用于发动机燃气系统和宇航服内层，既实现了隔热防护，又减轻了整体重量。

上海交通大学张荻院士团队研发的新型钛基复合材料，为航空航天器的轻量化提供了重要解决方案。这种材料通过在钛合金中添加陶瓷颗粒作为增强相，不仅保持了高强度，还实现了显著减重。

数据显示，与传统高温合金相比，这种钛基复合材料可减重40%以上。在实际应用中，这一突破带来了可观的经济效益：每年可节省燃料数百万吨，显著提升了航空航天器的性能和可靠性。

随着航天事业的快速发展，新材料的需求也日益增长。据统计，2023年中国航天新材料市场规模已达11.49亿元，预计未来还将继续保持增长态势。

目前，中国已形成完整的航天新材料产业链，从上游原材料生产到中游材料加工，再到下游航天器制造和维修，各个环节都已具备较强的自主生产能力。同时，国内企业如北京航空材料研究院、中国航天科工集团等在高性能合金、复合材料等领域取得显著成就，为我国航天事业提供了有力支撑。

面对未来深空探测等更严苛的航天任务，新材料的研发方向将聚焦以下几个方面：

• 轻量化：继续研发更轻质的材料，进一步减轻航天器重量，提高载荷能力。
• 高性能化：开发耐更高温度、更强辐射的材料，以应对极端恶劣的太空环境。
• 环保可持续：在材料生产和应用过程中减少环境污染，实现绿色航空。

可以预见，随着新材料技术的不断突破，中国航天器将飞得更高、更远，为探索宇宙奥秘、建设航天强国作出更大贡献。