这两天嫦娥五号探测器成功发射,并完成了第一次和第二次中途修正,再一次证明了我国航天实力的提升。在航天领域,人造卫星是人类的眼睛,用来探索广袤的太空。在人造卫星的制造上,也存在碳纤维的身影,碳纤维在人造卫星上的种种应用,正是因为它自身存在的多种性能优势。
 
碳纤维在人造卫星应用的优势盘点
 
碳纤维在人造卫星应用的优势盘点
 
碳纤维材料的发展已经走过了几十个年头,随着研究的深入,高强度高模量碳纤维的研制成为了航天飞行器理想的承载材料。高强度高模量的碳纤维用来制造人造卫星的部分零部件非常合适,甚至有的人造卫星上超过85%的部件都由碳纤维和碳纤维复合材料所造。
 
1、人造卫星上的主承力结构多采用承力筒,目前碳纤维复合材料替代了原先的金属材料,用来辅以加强筋。无论从刚度、强度上都能满足强化需求,同时还能大幅度的降低重量,除了承力筒上,碳纤维复合材料还能用在卫星结构外壳、衍架结构上,从结构上优化了人造卫星的性能。
 
2、与铝合金相比,碳纤维复合材料在部分位置上更适合,因为它的比强度和比模量要高出不少。与金属材料相比,碳纤维单向层材料的比强度要高出3-4倍,而高模型碳纤维复合单向层材料的比模量要高出5-7倍。人造威盛对于强度、刚度的要去,比飞机和导弹的还要高,毕竟还长时间对抗外太空的恶劣环境。
 
3、高模量碳纤维具有良好的导电性,可以实现在一定频率范围内接收和发射天线电磁波,同时可以承载一定的功率。随着碳纤维石墨化程度的提高,碳纤维导电性会逐渐增强。优质的高模量碳纤维的导电性,甚至可以媲美金属。
 
4、外太空的环境出于极寒状态下,人造卫星在在外太空首先就得面对极寒温度的考研,而且卫星出于环绕地球运动的轨迹当中,距离太阳的距离会发生巨大的变化,温度也随之变化。根据人造卫星反馈的数据,高温可达﹢120℃,低温可达-160℃,如此巨大的温差,考验着人造卫星材料的热膨胀系数。碳纤维材料的热膨胀系数极小,接近于0,可以保障人造卫星的长时间运作并精准的接收数据。
 
5、另外碳纤维材料的耐疲劳性强,阻尼减震效果出众,人造卫星在发射阶段需要承受来自火箭的震动和冲击,为了保障卫星内部精密仪器、电子线路、继电器等设备的正常工作,需要像碳纤维这样的材料。
 
寿命长、可靠性强、重量轻和精度高,一直以来都是人造卫星发展的根本需求,卫星结构一般只占卫星重量的5%左右,所以重量更轻的碳纤维材料是非常优秀的一种选择。卫星的发展正面向高性能、高功能、复合化、智能化和高环境相容性,在这个方向上,热塑性碳纤维材料的可回收是一个非常不错的特性。