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多款復合材料產品助力神舟十二號載人飛船成功發射
發布時間:2021/6/21 11:06:05   瀏覽次數:153

北京時間2021年6月17日9時22分,搭載神舟十二號載人飛船的長征二號F遙十二運載火箭,在酒泉衛星發射中心點火發射。

時隔五年

神舟飛船再一次護送航天員往返天地

與幾年前相比,這次神舟飛船

多了更多的黑科技“護身”

也不乏高分子材料也在此“大展身手”!


碳纖維材料操縱棒是航天員手臂“延長器”

在飛船發射和返回過程中,航天員的身體被牢牢束縛在座椅上,身體不能前傾以完成對儀表板上各設備的操作,為解決這一難題,操縱棒應運而生。

操縱棒把手是根據航天員手掌正常抓握狀態進行賦型設計的,外部輪廓曲面完美貼合航天員掌心,極大滿足航天員操作過程中的舒適度要求。操縱棒桿體設計為可無極伸縮式,航天員可以根據現場條件在一定范圍內任意調整操縱棒的長度。同時桿體采用高強度碳纖維材料,比強度高,手感舒適。


新“外衣”可抵御120℃溫差

與身著灰色調外衣的“前輩”相比,神舟十二號載人飛船一身銀閃閃。這件亮麗的“外衣”,就是由航天科技集團五院529廠歷時兩年精心研制的一款新型低吸收 - 低發射熱控涂層。

和以往神舟載人飛船的任務相比,這次神舟飛船在空間站停留的時間更久,面對的空間環境也更加惡劣。屆時,神舟十二號載人飛船迎向太陽側的艙體表面溫度將達到90℃,而背向太陽側的艙體表面溫度則將達到-30℃。這種溫度差將使飛船內部的空氣溫度產生嚴重波動,航天員的生活環境與多種精密設備在艙內將受到影響。

這件學名為低吸收 - 低發射熱控涂層的“外衣”,是一種噴涂在航天器外表面的熱控制材料。它具備對太陽輻照的低吸收強反射能力,可以大大減少飛船受太陽長時間輻照的內部溫度升溫現象,再通過極低的紅外發射特性,在飛船處于背陽面時減少輻射漏熱,大大減緩艙內溫度下降速率,起到保溫效果。

 神舟十二號載人飛船(五院提供)

飛船艙體密封件是關鍵!

此次發射,中國航天科技集團公司四院四十二所(以下簡稱42所)參與了長征二號F運載火箭逃逸火箭發動機研制,承擔了“神舟”飛船艙體密封系統的研制生產任務。

42所特種橡膠材料技術與工藝研究室主任、絕熱材料與橡膠材料領域副總師王江參與了“神舟”飛船艙體密封件的研制。王江表示,“神舟”飛船艙體密封件是飛船艙體結構密封的關鍵部件。

▲ 飛船艙體密封件

王江:“密封材料是保證艙內環境的主要屏障,保證艙內環境的正常狀態。在太空里還有一個像地球一樣的環境,保證里面的空氣不泄露。”

此次神舟十二號載人飛行任務,航天員將穿上國產的艙外航天服開展兩次出艙活動及艙外作業。王江也參與了艙外航天服上所有橡膠件的研制與生產,主要包括三類產品,分別是艙外航天服主氣密層、手套橡膠件、連接處密封件。

▲ 手套橡膠件

說完飛船

再來說說航天員們的“打扮”

三位“帥哥”身著“太空華服”再現星空

在16日神舟十二號航天員與記者見面會上,三名航天員身著東華大學航天員服裝研發設計團隊研制的常服帥氣亮相酒泉衛星發射中心問天閣。

航天員在空間站工作生活的工作服、鍛煉服、休閑服、失重防護服、睡具等,還有常服、任務訓練服、專用服飾等地面任務服裝多個種類,這些專用服裝不僅確保實現多項特殊功能,還融入中國特色設計元素,成為航天員亮相世界的“太空華服”。

各具功能的不同類型服裝,有的能夠幫助航天員在長時間太空飛行中起到對抗失重對人體肌肉的不利影響,有的還能呵護航天員調節他們的情緒和心情,同時還要考慮艙內光線環境下進行攝影、攝像和圖像傳輸后的顯示效果,可謂是“一樣菜必須滿足百家胃”。


透過面窗,看星辰大海

從神舟七號到剛剛發射的神舟十二號飛船,航天員使用的出艙宇航服頭盔面窗和相關塑料件都是由鄭州大學的團隊所研制。面窗組件是宇航員在外太空活動時觀察外界的窗口,可以說是宇航員的“眼睛”,它不僅要給宇航員提供一個清晰、良好的視野,也是航天員生命保障最關鍵的部件之一。作為航天服最薄弱的環節,面對巨大的氣壓,面窗有任何裂紋,都可讓航天員面臨生命危險。

自2005年3月,鄭州大學國家橡塑模具工程研究中心正式接受解放軍總裝備部航天委托研制宇航員出艙頭盔面窗任務以來,模具中心的科研和工程技術人員在申長雨院士的帶領下團結協作,夜以繼日的艱苦奮戰,上百次的反復實驗,終于突破了航天和軍工塑料制品的成型和模具技術,成功研制出太空工作站用新一代航天服面窗、新型戰機光電作戰頭盔護目鏡等關鍵防護裝置,為“神舟”系列飛船與“天宮”實驗室交會對接飛行任務的圓滿成功作出重要貢獻,榮獲“中國載人航天工程突出貢獻獎”。

神舟十二號上有兩套面窗產品為鄭州大學研制,一套是發射過程中航天員所穿的艙內服面窗,一套是航天員在太空中進行作業所用的新一代航天面窗。

鄭州大學橡塑模具國家工程研究中心執行主任劉春太教授受邀到酒泉衛星發射中心,現場見證了整個發射過程。“今天的酒泉晴空萬里,我們在現場一起倒計時,9時22分發射升空時,巨大的轟鳴聲強烈敲擊著我興奮的心臟,一種奉獻后的榮譽感油然而生!”劉春太教授激動地說。

劉春太教授在現場見證發射過程

界面浸漬強化新技術保障航天員的生命安全

哈爾濱工業大學化工與化學學院黃玉東教授團隊完成了神舟系列飛船12號逃逸系統發動機噴管擴散段關鍵技術的研制任務。針對噴管擴散段復合材料中纖維與樹脂界面結合不均勻問題,團隊發明了酚醛樹脂與增強體復合過程中的界面浸漬強化新工藝及其新裝備,形成了固體火箭發動機噴管成型的通用技術。采用此技術可使復合材料層間剪切強度的離散系數降低,極大提升了發動機噴管的質量可靠性和安全性,為保證航天員的生命安全奠定了堅實的基礎。

延伸閱讀:宇航服

隨著我國航天任務向深空延伸,航天服材料面臨的主要挑戰:

①隔熱材料:耐高溫和低溫能力;隔熱性能;阻燃和自熄能力;極端環境條件下的穩定性;足夠的機械強度等。

②防輻射材料:能夠阻隔銀河宇宙射線(GCR)、太陽粒子事件(SPE)、以及次級粒子。

③防月塵材料:防止月塵污染。

④防沖擊性能:防止天體碎片和太空垃圾可能的沖擊。

⑤足夠的柔性:盡可能的柔性材料等(服裝)。

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因此,宇航服除了常規的纖維面料外,還會用到高強高模聚乙烯、芳綸、聚酰亞胺等高性能纖維,這些都是高分子材料....

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