NASA碳纳米管复合材料突破：航天器减重30%

NASA碳纳米管复合材料突破：航天器减重30%

引用

nasa

等

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来源

1.

https://www.nasa.gov/directorates/stmd/nanotechnology/

2.

https://www.nasa.gov/centers-and-facilities/nesc/advances-in-understanding-copv-structural-life/

3.

https://technology.nasa.gov/patent/LAR-TOPS-375

4.

https://dexmat.com/industries/aerospace/

5.

https://www.aerospacetestinginternational.com/news/materials/us-researchers-test-high-strength-nanostitched-composites.html

6.

https://wha-international.com/event/copv-2024/

7.

https://phys.org/news/2024-09-space-cosmic-boron-nitride-nanotube.html

2024年，NASA宣布了一项重大技术突破：通过研发新型碳纳米管增强型复合材料，成功将运载火箭总重量减轻高达30%。这一突破性进展不仅展示了碳纳米管在航天领域的巨大潜力，更为未来的深空探索任务提供了更轻质、更强韧的结构解决方案。

碳纳米管是一种具有独特结构的纳米材料，由单层碳原子构成的管状结构，直径仅为纳米级别。这种材料具有令人惊叹的物理特性：强度是钢的100倍，重量却仅有钢的1/6；同时具备优异的导电性和导热性。这些特性使其成为航空航天领域理想的结构材料。

NASA研发的碳纳米管复合材料主要用于制造复合材料压力容器（COPV）。COPV由金属内衬和碳纳米管增强的复合材料外壳组成，金属内衬用于容纳流体或气体，而复合材料外壳则提供结构强度。通过使用碳纳米管纤维增强复合材料，NASA成功制造出更轻、更强的COPV，其重量比传统材料减轻了30%，但结构强度和耐用性却显著提升。

除了在压力容器上的应用，碳纳米管复合材料还在多个方面展现出巨大潜力：

1. 轻质电缆和数据传输线：由碳纳米管制成的电缆比传统铜缆轻80%，柔韧性提高100倍。这种材料特别适合用于航天器内部的短数据电缆，以及需要高频率数据传输的场合。

2. 结构复合材料与传感功能：碳纳米管纤维可以集成到结构复合材料中，使其具备传感功能。这种智能材料能够实时监测结构完整性，及时发现潜在损伤，提高航天器的安全性。

3. 抗切割纺织品：碳纳米管材料还被用于制造抗切割的纺织品，可应用于航天器内部的座椅面料，提高耐用性。

NASA已经在实际任务中验证了这种新材料的性能。2017年5月，一个使用碳纳米管增强复合材料的COPV在沃洛普斯飞行基地成功完成亚轨道飞行试验。试验结果表明，这种材料能够承受发射、飞行、下降和着陆过程中的各种严苛条件，展现出优异的结构完整性和可靠性。

这一技术突破将为未来的太空探索任务带来深远影响。更轻的材料意味着火箭可以携带更多的有效载荷，或者使用更小的推进系统，从而降低发射成本。同时，提高的耐用性和安全性也将延长航天器的使用寿命，降低维护成本。随着技术的进一步成熟，碳纳米管复合材料有望成为未来太空探索任务中的关键材料，推动人类向深空迈进。