我國(guó)航天器發(fā)展對(duì)材料技術(shù)需求的思考

李明

（中國(guó)空間技術(shù)研究院，北京 100094）

我國(guó)航天器發(fā)展對(duì)材料技術(shù)需求的思考

李明

（中國(guó)空間技術(shù)研究院，北京 100094）

文章在分析我國(guó)航天器任務(wù)特點(diǎn)和未來(lái)發(fā)展方向的基礎(chǔ)上，從深空探測(cè)、載人航天、應(yīng)用衛(wèi)星平臺(tái)及載荷能力發(fā)展、空間太陽(yáng)能電站等在軌長(zhǎng)壽命服役的需求出發(fā)，提出航天器結(jié)構(gòu)、熱控、特殊功能、電子等方面新材料發(fā)展需求的思考。

航天器；材料；需求

1 引言

航天器是在地球大氣層以外執(zhí)行宇宙空間探索、開(kāi)發(fā)或利用太空環(huán)境等特定任務(wù)的飛行器。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，我國(guó)已形成通信衛(wèi)星、導(dǎo)航衛(wèi)星、對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星、科學(xué)試驗(yàn)衛(wèi)星、載人航天器以及深空探測(cè)器等航天器系列。未來(lái)，隨著我國(guó)空間任務(wù)的發(fā)展，許多新的任務(wù)在設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中，對(duì)新材料在性能指標(biāo)、穩(wěn)定性、一致性和在軌服役可靠性方面提出了更高的要求。

本文對(duì)我國(guó)航天器發(fā)展現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析，以結(jié)構(gòu)、熱控、功能和電子等材料為例，提出航天器發(fā)展對(duì)新材料需求的思考。

2 我國(guó)航天器發(fā)展現(xiàn)狀

2．1 通信廣播衛(wèi)星

我國(guó)通信廣播衛(wèi)星主要服務(wù)于通信、廣播電視、遠(yuǎn)程教育、“村村通”工程、信息化建設(shè)等民用領(lǐng)域。1970年4月，我國(guó)第一顆衛(wèi)星成功發(fā)射至今，已成功研制出東方紅系列衛(wèi)星。其中，1997年5月，利用東方紅三號(hào)衛(wèi)星平臺(tái)研制的中星六號(hào)衛(wèi)星發(fā)射成功，首次實(shí)現(xiàn)了中容量通信的服務(wù)能力。2006年發(fā)射的第三代通信衛(wèi)星平臺(tái)，即東方紅四號(hào)衛(wèi)星平臺(tái)，在整星功率、承載能力和服務(wù)壽命上大幅提升，并且實(shí)現(xiàn)了以尼日利亞一號(hào)衛(wèi)星為代表的多顆通信衛(wèi)星整星出口。2008年，我國(guó)天鏈一號(hào)數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星成功發(fā)射，為大幅提高應(yīng)用衛(wèi)星的數(shù)據(jù)回傳能力和測(cè)控覆蓋率提供了服務(wù)平臺(tái)。未來(lái)，我國(guó)將研發(fā)東方紅五號(hào)超大型通信衛(wèi)星平臺(tái)，將采用二次展開(kāi)太陽(yáng)翼、新型桁架結(jié)構(gòu)、電推進(jìn)等多種先進(jìn)技術(shù)，該衛(wèi)星在有效載荷比、有效載荷質(zhì)量、電源功率等設(shè)計(jì)指標(biāo)上與國(guó)際頂級(jí)通信衛(wèi)星平臺(tái)相當(dāng)。

2．2 導(dǎo)航衛(wèi)星

導(dǎo)航衛(wèi)星是我國(guó)的重要空間基礎(chǔ)設(shè)施之一，它將提供全天候、高精度的導(dǎo)航、定位與授時(shí)信息服務(wù)，可供海、陸、空任意位置的軍民用戶共享信息資源服務(wù)［1］。我國(guó)于2012年底已完成北斗二號(hào)一期14顆衛(wèi)星組網(wǎng)任務(wù)，形成區(qū)域?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)。目前，我國(guó)北斗二號(hào)二期工程已進(jìn)入研制階段，預(yù)計(jì)2020年左右實(shí)現(xiàn)全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)建設(shè)目標(biāo)。北斗二期工程將基于功能多樣化、結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化、應(yīng)用全球化和體系結(jié)構(gòu)開(kāi)放化的建設(shè)要求，衛(wèi)星應(yīng)用的單機(jī)、儀器設(shè)備及其元器件將全面國(guó)產(chǎn)化，實(shí)現(xiàn)自主可控的戰(zhàn)略目標(biāo)。

2．3 對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星

對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星利用衛(wèi)星傳感器獲取地球陸地、海洋和大氣的有關(guān)信息。由于具有覆蓋范圍廣、不受空域國(guó)界限制、不涉及人員安全等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于地球資源、測(cè)繪、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、海洋、氣象、國(guó)土利用、城市規(guī)劃、災(zāi)害監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，在軍事領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用［2］。

我國(guó)在對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星領(lǐng)域已形成地球資源衛(wèi)星系列、“風(fēng)云”氣象衛(wèi)星系列、海洋衛(wèi)星系列、環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測(cè)衛(wèi)星星座等多個(gè)系列化衛(wèi)星。

未來(lái)，隨著材料科學(xué)的發(fā)展，以及對(duì)高分辨率影像數(shù)據(jù)需求的拓展，對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星將向小型化、高分辨率、高精度、長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行、光學(xué)與微波多種觀測(cè)手段兼?zhèn)?、全天候觀測(cè)能力和多星組網(wǎng)觀測(cè)方向發(fā)展［3］。

2．4 載人航天器

我國(guó)載人航天工程自1992年啟動(dòng)以來(lái)，已成功完成了神舟飛船5次無(wú)人飛行和5次載人飛行，突破和掌握了載人天地往返、航天員出艙活動(dòng)和空間交會(huì)對(duì)接、航天員在艙內(nèi)工作與生活等重大技術(shù)，為建造空間站奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。以神舟飛船、“天宮”等為代表的載人航天器實(shí)現(xiàn)了在低地球軌道、高密度原子氧特定空間環(huán)境下的在軌服役能力，構(gòu)建了以載人航天為應(yīng)用背景的密封降噪、環(huán)控生保、有害氣體控制等專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)。未來(lái)，我國(guó)載人三期工程將建造長(zhǎng)期有人在軌值守的空間站，開(kāi)展大規(guī)模的空間應(yīng)用技術(shù)及空間科學(xué)試驗(yàn)。在軌制造、在軌維修、長(zhǎng)壽命服役、抗菌防霉等關(guān)鍵技術(shù)將在建造空間站工程中得到應(yīng)用。

2．5 深空探測(cè)器

人類對(duì)月球以遠(yuǎn)天體開(kāi)展的空間探測(cè)活動(dòng)稱為深空探測(cè)［4］。當(dāng)前，我國(guó)開(kāi)展的月球探測(cè)是探索宇宙、進(jìn)行深空探測(cè)的重要基礎(chǔ)。我國(guó)的月球探測(cè)分為：繞、落、回三個(gè)發(fā)展階段，逐步實(shí)現(xiàn)對(duì)月球形貌、礦產(chǎn)資源分布、地質(zhì)構(gòu)造和物理場(chǎng)的整體性、綜合性探測(cè)；并掌握月面軟著陸、月球巡視勘察及月地再入返回等技術(shù)；同時(shí)，為月球基地的選擇提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為載人登月和月球基地建設(shè)積累經(jīng)驗(yàn)。未來(lái)，我國(guó)深空探測(cè)將開(kāi)展太陽(yáng)系行星、小行星和太陽(yáng)的探測(cè)活動(dòng)。空間探測(cè)任務(wù)將在深空自主導(dǎo)航技術(shù)，進(jìn)入、著陸與上升技術(shù)，行星保護(hù)技術(shù)，先進(jìn)推進(jìn)技術(shù)，深空探測(cè)通信技術(shù)等方面提出了更為苛刻的技術(shù)挑戰(zhàn)［4－5］。

3 未來(lái)我國(guó)空間重大工程發(fā)展分析

預(yù)計(jì)2030年，我國(guó)空間基礎(chǔ)設(shè)施整體能力將進(jìn)入國(guó)際前列：衛(wèi)星通信系統(tǒng)向更高頻段、寬帶化、業(yè)務(wù)多樣化、全球覆蓋化發(fā)展，融合多種業(yè)務(wù)，加強(qiáng)與地面系統(tǒng)結(jié)合，支持寬帶組網(wǎng)及寬帶移動(dòng)通信；建立性能優(yōu)良、功能完善、滿足軍民需求的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)；建成多種遙感手段、多種分辨率、從多角度觀測(cè)地球要素的地球綜合觀測(cè)系統(tǒng)。

此外，深空探測(cè)將開(kāi)展以月球資源利用為宗旨的探測(cè)技術(shù)研究和基礎(chǔ)體系建設(shè)；以火星為重點(diǎn)，2021年完成火星環(huán)繞、著陸與巡視任務(wù)，2030年前完成火星取樣返回任務(wù)。未來(lái)，深空探測(cè)將逐步圍繞太陽(yáng)系的起源與演化、小行星和太陽(yáng)活動(dòng)對(duì)地球影響、地外生命信息探尋等空間科學(xué)重大問(wèn)題，開(kāi)展太陽(yáng)系內(nèi)飛行探測(cè)。載人航天將在2020年后建成載人飛船、貨運(yùn)飛船、空間站協(xié)調(diào)配套的體系，全面開(kāi)展長(zhǎng)期有人在軌照料的空間活動(dòng)。總之，我國(guó)在現(xiàn)有航天器制造和專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)上，空間基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)將有新的發(fā)展。

空間太陽(yáng)能電站是在空間軌道上，利用太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能或激光，通過(guò)一定方式傳輸?shù)降孛?、再轉(zhuǎn)化為電力供地面使用的天地一體化系統(tǒng)［6］。預(yù)計(jì)2030年前后，我國(guó)將開(kāi)展兆瓦（MW）級(jí)空間太陽(yáng)能電站系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證工作。新型運(yùn)載技術(shù)、新型結(jié)構(gòu)材料、高效能量轉(zhuǎn)化技術(shù)、熱管理技術(shù)、超大結(jié)構(gòu)及控制技術(shù)、在軌組裝技術(shù)的發(fā)展和優(yōu)化，將是保障我國(guó)空間太陽(yáng)能電站建設(shè)的基礎(chǔ)。

4 航天器發(fā)展對(duì)材料的需求及展望

隨著我國(guó)空間工程和科學(xué)任務(wù)的多樣化與復(fù)雜化發(fā)展，航天器以其種類繁多，功能復(fù)雜，聯(lián)合組網(wǎng)，系列化的特點(diǎn)成為未來(lái)我國(guó)航天器發(fā)展的常態(tài)。其中，由星間配合完成任務(wù)，系列化航天器多模式應(yīng)用，深空或復(fù)雜軌道服役等新任務(wù)特點(diǎn)，將促使航天器產(chǎn)品在載荷單機(jī)和平臺(tái)系統(tǒng)上提出高性能、高穩(wěn)定、長(zhǎng)壽命、高可靠的指標(biāo)要求。材料作為宇航產(chǎn)品的基礎(chǔ)元素，在扮演結(jié)構(gòu)支撐、傳輸載體、能量通道、阻隔屏蔽等多樣角色的過(guò)程中，在發(fā)揮著其固有屬性作用的同時(shí)，也通過(guò)其性能先進(jìn)性和多樣性的發(fā)展，來(lái)滿足未來(lái)航天器技術(shù)發(fā)展的需求［7］。

4．1 航天器關(guān)鍵承力結(jié)構(gòu)材料發(fā)展的需求

航天器承力結(jié)構(gòu)的主要功能是承受載荷，提供內(nèi)部和外部?jī)x器設(shè)備布局，連接儀器設(shè)備和定位，與運(yùn)載器對(duì)接和分離，同時(shí)提供密封、絕緣、防塵、隔熱等特殊的功能。隨著航天器整體減重需求的發(fā)展，未來(lái)新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將向桁架式結(jié)構(gòu)、半剛性結(jié)構(gòu)、柔性展開(kāi)結(jié)構(gòu)、充氣式結(jié)構(gòu)等輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方向發(fā)展。桁架、板式結(jié)構(gòu)以金屬材料、金屬或非金屬基復(fù)合材料為主。新型高比強(qiáng)鋁鋰、鋁鎂合金、鋁基碳化硅復(fù)合材料、高性能鈦合金、鎂基高性能合金以及碳纖維、碳納米管等復(fù)合材料的選用，是結(jié)構(gòu)減重的主要解決途徑。在低密度合金選用過(guò)程中，結(jié)構(gòu)材料應(yīng)首先面向高比剛度和高比強(qiáng)度進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一方面要優(yōu)化結(jié)構(gòu)的固有頻率，從而有效規(guī)避發(fā)射階段的振動(dòng)響應(yīng)，另一方面要提高結(jié)構(gòu)的動(dòng)強(qiáng)度使其具有更高的承載能力；其次，重點(diǎn)考慮結(jié)構(gòu)材料的可連接性能，例如可焊性；再次，須解決輕金屬結(jié)構(gòu)材料的耐蝕問(wèn)題，如輕質(zhì)鎂合金、鎂鋰合金須通過(guò)表面技術(shù)改善其本征耐蝕性［8］。

航天器對(duì)輕型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了新的需求，例如新型再入式充氣結(jié)構(gòu)、出艙的氣閘艙、大型天線等，需要新型的柔性結(jié)構(gòu)材料。柔性膨脹充氣展開(kāi)結(jié)構(gòu)以及柔性帆體結(jié)構(gòu)，相對(duì)于剛性結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕、發(fā)射體積小、結(jié)構(gòu)效率高等突出優(yōu)點(diǎn)，可作為新一代艙體的優(yōu)選方案［9］?？紤]到柔性膨脹充氣展開(kāi)后將承受一定的內(nèi)壓，同時(shí)還須考慮所經(jīng)歷的空間環(huán)境，因此有必要開(kāi)展適應(yīng)空間環(huán)境的膨脹充氣展開(kāi)的結(jié)構(gòu)材料體系研究。膨脹充氣結(jié)構(gòu)一般由多層材料復(fù)合構(gòu)成，基本分為抗輻照、空間碎片及微流星體防護(hù)層、氣密層、增強(qiáng)層等?？馆椪諏又饕尚鋷r纖維布與聚酰亞胺泡沫構(gòu)成，用于抵抗輻照、原子氧剝蝕和超高速空間碎片及微流星體撞擊；氣密層主要由聚氨酯薄膜材料構(gòu)成，透氣率應(yīng)盡量??；增強(qiáng)層主要由Kevlar纖維、聚酰亞胺纖維等構(gòu)成。

未來(lái)空間太陽(yáng)能電站將基于柔性反射陣實(shí)現(xiàn)在有效的質(zhì)量載荷和包絡(luò)下獲得更大的光照面積，實(shí)現(xiàn)更多的能源轉(zhuǎn)化。長(zhǎng)壽命高反射率（反射率≥92%）薄膜（面密度≤0．01kg/m2）材料是太空發(fā)電站聚光系統(tǒng)的基礎(chǔ)材料，對(duì)空間太陽(yáng)能的高效收集具有重要作用。聚光薄膜材料的選擇，要綜合考慮空間輻射造成的有機(jī)材料性能的退化、周期性高低溫環(huán)境造成的材料尺寸不穩(wěn)定等影響因素。不僅要求膜材具有良好的韌性、柔軟性及一定的機(jī)械強(qiáng)度，還要求膜材具有良好的溫度穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。

4．2 航天器熱控技術(shù)對(duì)材料的需求

我國(guó)航天器的發(fā)展對(duì)空間熱控技術(shù)在絕熱、導(dǎo)熱和智能熱控等方向提出了更為苛刻的技術(shù)要求。星表熱控材料/涂層，通過(guò)有效控制與空間環(huán)境的輻射換熱，達(dá)到保持星體溫度的作用。此類材料在艙外帶電粒子、紫外（UV）輻射、原子氧、高真空、污染物以及空間碎片的環(huán)境下，須要具備抗空間環(huán)境的能力，以維持可靠的紅外半球發(fā)射率和太陽(yáng)吸收比等關(guān)鍵性能參數(shù)［10］。另外，為滿足航天器輕量化要求，目前廣泛應(yīng)用的多層組件（面密度約0．4kg/m2）、OSR（面密度約1．5kg/m2）等材料須要開(kāi)展輕量化替代工作。未來(lái)，隨著空間任務(wù)的復(fù)雜化，空間可調(diào)相變智能熱控材料將是航天器更為靈活、節(jié)能的新型被動(dòng)熱控技術(shù)的新突破［11］。

高熱流密度是未來(lái)航天器熱控技術(shù)的突破點(diǎn)。例如，國(guó)內(nèi)下一代星載相控陣?yán)走_(dá)天線某單機(jī)熱流密度在100W/cm2以上。其中，高導(dǎo)熱熱控材料是高熱流密度熱控系統(tǒng)中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，它可以有效降低高熱流密度傳熱過(guò)程中的各種熱阻，使集中的熱量迅速擴(kuò)散至熱沉，且自身具有較低的比重，可以提高材料熱導(dǎo)率的同時(shí)，進(jìn)一步減輕結(jié)構(gòu)體積和質(zhì)量。此外，為加強(qiáng)導(dǎo)熱性，傳熱界面會(huì)使用強(qiáng)化界面導(dǎo)熱填料。目前國(guó)內(nèi)航天器一般使用導(dǎo)熱硅脂，此時(shí)設(shè)備與擴(kuò)熱板、冷板等接觸界面的工程換熱系數(shù)一般為1000W/（m·K）左右，而國(guó)外的部分導(dǎo)熱填料，界面的工程換熱系數(shù)已達(dá)到5000W/（m·K）。高導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)材料及相應(yīng)導(dǎo)熱界面填充材料是解決未來(lái)航天產(chǎn)品熱控技術(shù)的基礎(chǔ)材料。

隨著航天技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，不論是建立空間站、中繼站，還是開(kāi)展載人深空探測(cè)，都對(duì)低溫推進(jìn)技術(shù)提出了需求。航天器在軌服役過(guò)程中，須解決低溫推進(jìn)劑在空間高溫環(huán)境和微重力環(huán)境的蒸發(fā)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)低溫推進(jìn)劑在軌可靠性貯存是保障深空探測(cè)、宇航員安全和探月再入返回等空間任務(wù)的前提。低溫推進(jìn)劑貯箱用高效絕熱材料是控制推進(jìn)劑蒸發(fā)量的關(guān)鍵。以氣凝膠、聚酰亞胺泡沫、薄膜為基礎(chǔ)的多層隔溫材料，可變密度多層材料，以及蒸汽冷卻屏等關(guān)鍵材料是低溫推進(jìn)技術(shù)在軌應(yīng)用的基礎(chǔ)［12］。

4．3 天線、光學(xué)相機(jī)等載荷分系統(tǒng)對(duì)高精度材料的需求

隨著航天器任務(wù)的日益增多，在遙感、通信、導(dǎo)航、深空探測(cè)領(lǐng)域中，天線、光學(xué)相機(jī)等載荷產(chǎn)品在大尺寸、大口徑、輕質(zhì)量、高靈活度、高精度等方面要求越來(lái)越高，對(duì)材料的熱、力穩(wěn)定性以及耐空間環(huán)境性能提出了更高的要求［1314］。然而，受太陽(yáng)輻射產(chǎn)生的溫度交變環(huán)境及星上大功耗設(shè)備散熱的影響，對(duì)于結(jié)構(gòu)形面及位置精度要求嚴(yán)格的設(shè)備，比如大型天線及各類遙感相機(jī)等，易產(chǎn)生較大結(jié)構(gòu)熱變形，從而帶來(lái)載荷參數(shù)的超差或偏離，影響載荷穩(wěn)定性。在天線反射面及其支承結(jié)構(gòu)、遙感載荷及其支承結(jié)構(gòu)研制領(lǐng)域，均須要解決結(jié)構(gòu)熱變形抑制問(wèn)題［15］。航天器結(jié)構(gòu)熱變形抑制技術(shù)對(duì)低膨脹結(jié)構(gòu)材料、低應(yīng)力蠕變材料和高導(dǎo)熱材料提出了迫切需求。

此外，柔性或可展開(kāi)式結(jié)構(gòu)是空間大型載荷結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)。諸如多頻共用天線、平板拋物面天線、大型展開(kāi)天線、柔性天線、充氣天線等新技術(shù)在衛(wèi)星中應(yīng)用，輕量化、柔性化的纖維材料、柔性薄膜材料、形狀記憶材料發(fā)展將成為新的需求。例如，歐洲航天局/歐洲空間研究和技術(shù)中心（ESA/ESTEC）為歐洲移動(dòng)通信衛(wèi)星研制的一種反射器為直徑12m的帆式膜面展開(kāi)天線，它采用了預(yù)浸處理的方法將天線薄膜材料預(yù)浸一層聚烯類材料，使其在地面時(shí)天線是柔軟的，入軌后天線充氣，在空間環(huán)境下薄膜自行硬化成剛性體，從而大大提高了天線反射面剛度。大型、柔性天線為滿足Ka頻段和W頻段對(duì)高精度的要求，應(yīng)用于天線形面保持的網(wǎng)面材料，提出了在±150℃溫度范圍內(nèi)，在一定的力學(xué)加載環(huán)境下，具有低膨脹系數(shù)、抗蠕變性能以及良好的尺寸保持特性。與此相應(yīng)的熱變形控制技術(shù)、天線高精度方向控制技術(shù)、新型網(wǎng)面材料研究成為新的課題。

空間光學(xué)載荷將向大口徑、輕量化、復(fù)合化方向發(fā)展，需要光學(xué)材料、結(jié)構(gòu)材料具備高比剛度、高導(dǎo)熱率、低膨脹系數(shù)以及良好的尺寸穩(wěn)定性。為有效解決整體式大口徑光學(xué)零件的精度和重量問(wèn)題，須要解決大尺寸碳化硅反射鏡、大尺寸鈹鏡等關(guān)鍵材料的成型。而為了實(shí)現(xiàn)大口徑光學(xué)零件的高精度穩(wěn)定支撐，迫切須要解決高性能碳/碳化硅復(fù)合材料、高導(dǎo)熱高模量碳纖維、鋁基陶瓷增強(qiáng)復(fù)合材料及Ti－Al金屬間化合物等材料的制備和應(yīng)用技術(shù)。此外，新型衍射成像光學(xué)系統(tǒng)也提出了超材料、衍射薄膜等先進(jìn)材料的需求。

4．4 推進(jìn)分系統(tǒng)對(duì)耐高溫材料的需求

我國(guó)航天器推進(jìn)系統(tǒng)為提高推力效率和比沖能力，對(duì)推力室、噴注器、噴管、喉部等關(guān)鍵部組件材料的耐高溫性能提出了新需求。其中，為滿足我國(guó)推力器在液體和電推進(jìn)領(lǐng)域的發(fā)展需求，耐高溫材料及其成型工藝的發(fā)展是推動(dòng)我國(guó)航天推力器發(fā)展的重要基礎(chǔ)。耐1800℃高溫下抗氧化性能優(yōu)異的合金材料，在1400～1500℃范圍內(nèi)具有良好的抗蠕變性能的陶瓷材料，以及能夠滿足同種或異種高溫合金的高溫Pt基和Au基焊接材料成為宇航材料發(fā)展的新需求。

4．5 宇航元器件國(guó)產(chǎn)化對(duì)新型電子材料發(fā)展的需求

宇航元器件國(guó)產(chǎn)化所涉及的電子材料將從結(jié)構(gòu)電子材料和功能電子材料兩個(gè)方向提出新的發(fā)展要求。結(jié)構(gòu)電子材料，即能承受一定的壓力和重力，并能保持尺寸和力學(xué)性能穩(wěn)定的一類材料，用來(lái)制作元器件的外殼、基片、框架、散熱片，以及用于加固和封裝等。此類材料需要在具有一定的力學(xué)強(qiáng)度基礎(chǔ)上兼顧高熱導(dǎo)率、小尺寸、高精度、優(yōu)異絕緣性能、低膨脹率、加工溫度低、工藝性好等綜合性能。

作為功能型電子材料，例如光電轉(zhuǎn)換材料，對(duì)外界電、磁、光、熱、壓力、氣氛等選擇性做出反應(yīng)的敏感材料，為提升材料環(huán)境敏感性及適應(yīng)性，要求其工作性能穩(wěn)定，環(huán)境耐受性優(yōu)良等。

4．6 未來(lái)空間技術(shù)發(fā)展對(duì)材料技術(shù)發(fā)展的思考

我國(guó)未來(lái)空間太陽(yáng)能電站、深空探測(cè)技術(shù)的發(fā)展，以納米技術(shù)、量子技術(shù)、高溫超導(dǎo)技術(shù)、核能技術(shù)、智能結(jié)構(gòu)技術(shù)、薄膜高效太陽(yáng)能技術(shù)為主要標(biāo)志的新技術(shù)發(fā)展，將使空間技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)得到革命性的提升。新材料技術(shù)將是保證我國(guó)未來(lái)空間科學(xué)技術(shù)發(fā)展的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。新材料技術(shù)在空間功能納米傳輸材料、高效熱導(dǎo)材料、光電轉(zhuǎn)換材料、超導(dǎo)材料、空間儲(chǔ)能材料、智能復(fù)合材料、可自修復(fù)材料、可調(diào)相變材料、在軌3D打印等領(lǐng)域得到新的突破，能夠滿足空間長(zhǎng)期在軌高低溫循環(huán)、空間射線輻射環(huán)境、空間高真空環(huán)境等特殊工況下，實(shí)現(xiàn)材料功能特性和在軌穩(wěn)定應(yīng)用。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)空間任務(wù)的發(fā)展，種類繁多，功能復(fù)雜，聯(lián)合組網(wǎng)等成為未來(lái)我國(guó)航天器發(fā)展的新態(tài)勢(shì)。其中，星間配合完成任務(wù)、系列化航天器多模式應(yīng)用、深空或復(fù)雜軌道服役等新任務(wù)特點(diǎn)將促使航天器產(chǎn)品在載荷和平臺(tái)系統(tǒng)上提出高性能、高穩(wěn)定、長(zhǎng)壽命、高可靠、高功能密度的指標(biāo)要求。材料作為所有宇航產(chǎn)品的基礎(chǔ)元素，發(fā)揮著結(jié)構(gòu)支撐、傳輸載體、能量通道、阻隔屏蔽等多樣工程特性的作用。積極研究并開(kāi)發(fā)能夠滿足空間工作環(huán)境、在軌穩(wěn)定的高性能材料，將是促進(jìn)我國(guó)航天器發(fā)展的堅(jiān)實(shí)后盾。

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（編輯：李多）

Review on Requirement of Materials Technology for Development of Chinese Spacecraft

LI Ming
（China Academy of Space Technology，Beijing 100094，China）

This paper analyzes the features and future developments of spacecraft projects of China，especially considering the long on－orbit life－time requirements of deep space exploration，human spaceflight，development of platform and payload capability，space solar power station，etc．The development demands and prospect are advanced for new materials such as the structure material，thermal control material，functional material，electronic material used on spacecraft and so on．

spacecraft；material；requirement

V45

A

10．3969/j．issn．1673－8748．2016．02．001

2016－02－29；

2016－03－10

李明，男，博士，研究員，博士生導(dǎo)師，國(guó)際宇航科學(xué)院院士、俄羅斯宇航科學(xué)院院士，現(xiàn)任中國(guó)空間技術(shù)研究院副院長(zhǎng)，主要從事空間技術(shù)研發(fā)、發(fā)展戰(zhàn)略研究等方面工作。Email：htq501@139．com。