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太空辐射那么强,新型材料如何为天宫二号交会对接保驾护航?
来源: | 作者: | 发布时间:2016-9-30 11:24:38
9月25日,天宫二号进入了交会对接准备阶段,天宫二号空间实验室是中国第一个真正意义上的空间实验室,由于需要长期在外太空停留,所以对材料的要求极为苛刻。在天宫二号等待着10月中下旬才到来的神舟十一号的过程中,可以一同来看看新型材料如何为其保驾护航。
耐辐照石英玻璃
天宫二号的稳定运行、空间交会对接离不开姿态控制系统,耐辐照石英玻璃是航天器姿态控制系统的核心元件。
在国内航天事业飞速发展的背景下,为了满足各类发射任务的不同需要,于耐辐照石英玻璃的性能指标来而言,要求越来越高。比如在轨运行时间由8年提高到了15年,这对去除玻璃内部微气泡、杂点等缺陷来说意味着提出了近乎苛刻的生产要求。
目前天宫二号上所采用的耐辐照石英玻璃材料,来自中国建材总院,具有优异的耐宇宙射线辐照、滤紫外线、热稳定及光学性能,可以确保自控系统在恶劣环境中长期稳定运行,让天宫二号在茫茫宇宙中不迷失方向。

天宫二号上的耐辐照石英玻璃,建立在新一代水晶粉料处理技术、掺杂料配制技术、掺杂石英玻璃熔制技术及耐辐照石英玻璃热处理技术之上,除了先进技术,这种新材料的诞生还需兼备流畅的工艺自动化生产线。目前,中国建材总院也是国内唯一掌握耐辐照石英玻璃制备技术的单位。

高强度抗辐照玻璃盖片

除了耐辐照石英玻璃,另一个值得一提的材料是空间用高强度抗辐照玻璃盖片。后者是天宫二号的动力源泉——太阳能电池帆板上的“防弹衣”,能够抵抗太空中各种有害离子的撞击,透光率高、抗高低温冲击,为天宫二号的太阳能电池能源系统提供有效保护。 
天宫二号和神舟十一号的空间交会对接是搭建太空之家的重要一步,太空之家属于低轨道航天器,它运行在距离地球300多公里的太空,这一位置仍会有稀薄的大气,受大气阻力影响,航天器运行速度会不断下降并导致轨道高度不断下降,为了维持相对稳定的轨道高度,需要航天器不断补充能量,大功率太阳能电池是天宫二号和神舟十一号的首选。
天宫二号上的太阳能电池帆板是空间运行的动力来源,其性能直接影响到卫星、空间站的运行寿命和可靠性。但在太空中,太阳光的照射强度是地球上的3到5倍,为了保护太阳能电池,需要空间用抗辐照玻璃盖片的有效护航。
然而,在高性能太阳能电池及大型航天器的研发领域,由于电池帆板在装配、大过载发射、空间收拢打开过程中极易发生电池破损,宇宙高能射线、粒子的轰击在运行过程中也会对电池造成较大损伤,极大地影响到太阳能电池帆板的性能和寿命,因此研发大尺寸、高强度、高可靠性的空间用玻璃盖片的难度并不小。
此次应用在天宫二号上的高强度抗辐照玻璃盖片,是由秦皇岛星箭特种玻璃有限公司历时两年时间研制成功的。作为河北省一家民营企业,从2000年10月,秦皇岛星箭特种玻璃有限公司开始与中国航天科技集团合作,产品先后用于神舟五号至神舟十号,双星探测、嫦娥一号、二号、三号和天宫一号等多颗卫星与航天器上。
星箭公司目前是中国航天科技集团公司唯一一家航天用玻璃产品的合格供货方,市场占有率已经达到95%以上公司。自2000年成立以来,已获得3项国家专利证书和2项实用型专利证书,另外3项国家发明专利已进入实质审查阶段。卫星用高强度超大超薄抗辐照玻璃盖片和柔性抗辐照玻璃盖片,是星箭公司的代表产品。
据介绍,星箭公司2015年研究出的0.05mm厚超薄柔性抗辐照玻璃盖片,此项产品可为国家每颗卫星节省发射成本300多万元,每年可为国家节约发射成本近六七千万元。