高新材料助天舟七号完成宇宙快递

  [中国石化新闻网2024-01-31]1月17日22时27分，地球与“天宫”间的快递员——天舟七号货运飞船搭乘长征七号遥八运载火箭在文昌航天发射场发射。天舟七号货运飞船入轨后顺利完成状态设置，于1月18日成功对接于空间站天和核心舱后向端口，完成了这次空间特快专递。
  相比起之前的货运飞船，天舟七号是目前世界现役货物运输能力最强、货物运输量最大、货物运输效率最高、在轨支持能力最全的货运飞船。此次送达的物资总重达到5.6吨，主要为航天员的生活物资，水、气等消耗资源，以及科学实验物三大类，“快件”数量达到260余件。天舟七号载货多、对接快的优势归功于大量高新材料的应用。
  国产太阳能电池翼助力天舟
  本次天舟七号最大的亮点，就是全国产太阳能电池翼。
  长期以来，太阳能电池翼有刚性和半刚性的区别。刚性太阳翼指采用碳纤维面板、铝蜂窝复合材料作为基板的太阳电池翼，一般由1至4块刚性基板组成，每块刚性基板可以根据发电功率需求进行设计，长宽一般不超过3.5米×2.5米，厚度18至22毫米，具有良好的刚度和强度。刚性太阳翼是世界航天史上最早应用的可折叠式太阳电池翼，也是被各个航天强国广泛采用的技术方案。
  与刚性太阳翼相比，半刚性太阳翼也有自身的优势。半刚性太阳翼具有轻量化、高压安全性、高承载性、展开方式简单和展开速度快等优势。如果把刚性太阳翼比作乒乓球拍，那么天舟货运飞船的半刚性太阳翼就像羽毛球拍，拍杆和拍框的材质很大程度上决定了它的品质。因此，结构材质的稳定性是太阳电池翼在轨可靠稳定工作的关键。此前，从天舟一号至天舟六号，太阳电池翼结构中涉及碳纤维的零部件均采用进口原材料，而此次天舟七号货运飞船采用“国产骨骼”，实现了原材料国产化。
  在国产化研发中，上海航天技术研究院积极开展半刚性基板和连接架国产化技术方案论证，在充分调研可选国产材料的基础上，开展了大量工艺试验和仿真计算，验证了国产化替代方案的可行性，采用的产品通过了各项试验考核，确保产品功能和性能满足所需要求。
  多种高新材料登上天舟
  除全国产太阳能电池翼外，还有多个院校和企业公布了天舟七号项目的参与情况。中石化(大连)石油化工研究院有限公司宣布，天舟七号货运飞船搭载的相变器件采用研发的相变材料，该产品随问天舱首次应用以来，在我国载人航天领域的第五次上星应用。所谓相变材料，是指温度不变的情况下而改变物质状态并能提供潜热的物质，比如冰水混合物。在天舟七号的运行过程中，其电子设备存在大量散热、换热场景，货品也需要良好的保温条件，这时就需要类似液态金属这样的相变材料为其散热或保温。
  对于保证货品的问题，密封同样不可或缺。中国航天科技集团第四研究院42所宣布，他们为天舟七号货运飞船提供了舱体密封件，对隔离舱体与外层空间以及保持舱内环境起着至关重要的作用。此外，天舟七号的货品中，还带有该所研制的空间站所有动静结构与机构的密封件、舱外航天服、吸附药盘及“太空厕所”组件等。中国航天科技集团第四研究院43所为发射天舟七号的长征七号火箭的液氧/煤油发动机提供了C/C密封材料，成功经受住了高低温、高密封压差、高速旋转以及剧烈震动的氧化气氛等苛刻工作环境考核，确保了火箭发动机发射任务的圆满完成。该材料具有渗透率低、摩擦系数低、热导率高等诸多优点，相比传统的高强石墨密封材料，具有更优异的力学性能，已成为新一代高可靠性空间密封材料。
  材料学实验项目登上天宫
  此次天舟七号的重要任务中，除为航天员带来生活物资和消耗资源外，还为天宫带来了大量实验设备。本次任务中共计上行产品61件，包括16个标准货包、1套细胞上行生保支持装置、1套4℃上行微流控芯片等。这些应用物资上行后将转运至空间站实验设施内开展空间生命科学、空间材料科学、微重力流体物理与燃烧科学等共计33项科学实验，承研单位涉及10个研究所、8所大学。此外，天舟七号还搭载了多个科学载荷，对后续空间科学研究具有重要意义。
  据中国科学院介绍，在微重力流体物理与燃烧科学领域，他们将利用问天舱变重力科学实验柜开展变重力推进剂流体输运与稳定性研究；在空间材料科学领域，将利用天和舱无容器材料实验柜开展高性能铁基磁致伸缩合金材料的物理机制研究等科学实验。
  西北工业大学宣布，该校物理科学与技术学院的相变物理与新材料团队，承担了中国空间站梦天舱舱内实验项目，研制了透明溶液原位观测实验单元和样品单元，随天舟七号发射，将开展空间实验，揭示天、地条件对材料相分离的不同作用机制。