2022-07-29 10:07
7月24日，搭載問天實驗艙的長征五號B遙三運載火箭組合體，在中國文昌航天發射場點火起飛。問天實驗艙發射任務是中國空間站進入建造階段后的第三次發射。
問天實驗艙發射后，將與中國空間站進行對接，這也是空間站首次在有航天員的狀態下迎接航天器來訪。
值得注意的是，長征五號B運載火箭是我國首次進行大推力火箭“零窗口”發射，發射時間誤差將控制在一秒以內。
除此之外，長征五號B運載火箭執行此次發射任務，是我國迄今為止發射的最重載荷。作為我國目前近地軌道運載能力最大的新一代運載火箭，其擁有長達20.5米的國內最大整流罩，近地軌道運載能力達到25噸級。
航天員在軌迎接航天器未來也是中國空間站的常態。中國空間站之后將實現航天員乘組在軌輪換，這意味著航天員需要在軌迎接天舟貨運飛船、神舟載人飛船等航天器的到來。神舟十四號航天員此次在軌迎接問天實驗艙，將為后續任務提供經驗參考，特別是計劃明年發射的巡天望遠鏡，也需要定期停靠到空間站，由航天員進行維護。
問天實驗艙抵達后，中國空間站的規模將進一步增大。航天員會開啟艙內的生命維持系統，組裝好科學實驗柜逐步開展空間實驗，而新的太空授課進程也會隨著實驗開展在問天艙進行。
回首中國航天事業從無到有、從小到大，已經走過整整六十五個年頭。
六十五年來的重大事件，若只是簡單將其縮影，它可以只是一段文字亦或者一張圖片，但航天人勇攀天地之梯的接力，如同圣火傳遞，在一代一代的傳承著，材料人亦是其中重要的一環。
縱觀航空航天技術發展史，屢見新材料應用或技術突破帶來的重大進步。借神州十三號飛天之際，新材料在線®為大家總結了航空航天發動機用材料、近10余年與新材料緊密相關的航空航天技術突破、我國材料人為航空航天國之重器書寫過的精彩篇章。
在航空航天領域，發動機是重點，也是工業基礎和技術水平的體現。
鋁合金具有比模量與比強度高、耐腐蝕性能好、加工性能好、成本低廉等突出優點，因此被認為是航空航天工業中用量最起著至關重要的作用。
主要應用位置：發動機艙、艙體結構、承載壁板、梁、儀器安裝框架、燃料儲箱等。
與鋁、鎂、鋼等金屬材料相比，鈦合金具有比強度很高、抗腐蝕性能良好、抗疲勞性能良好、熱導率和線膨脹系數小等優點，可以在350~450℃以下長期使用，低溫可使用到-196℃。
主要應用位置：航空發動機的壓氣機葉片、機匣、發動機艙和隔熱板等。
超高強度鋼具有很高的抗拉強度和足夠的韌性，并且有良好的焊接性和成形性。
主要應用位置：航天發動機殼體、發動機噴管、軸承和傳動齒輪。
鎂合金是最輕的金屬結構材料，具有密度小、比強度高、抗震能力強、可承受較大沖擊載荷等特點。
主要應用位置：航天發動機機匣、齒輪箱等。
航空發動機的發展之快，尤其是越來越嚴苛的溫度和重量要求，漸進提高的傳統材料已然不能滿足，轉而呼喚材料科學開辟新的體系，那就是復合材料。根據復合材料各自的特點，可用于發動機不同的零部件上。
C/C基復合材料，即碳纖維增強碳基本復合材料，它把碳的難熔性與碳纖維的高強度及高剛性結合于一體，使其呈現出非脆性破壞。由于它具有重量輕、高強度，優越的熱穩定性和極好的熱傳導性，是當今最理想的耐高溫材料，特別是在 1000-1300℃的高溫環境下，它的強度不僅沒有下降，反而有所提高。是近年來最受重視的一種更耐高溫的新材料。最顯著的優點是耐高溫（大約2200℃）和低密度，可使發動機大幅度減重，以提高推重比。
主要應用位置：碳碳復合材料如果能夠解決表面以及界面在中溫時的氧化問題，并能在制備時提高致密化速度，并降低成本，則有望在航空發動機中得到大量的實際應用。
目前已有部分應用，例如美國的F119發動機上的加力燃燒室的尾噴管，F100發動機的噴嘴及燃燒室噴管，F120驗證機燃燒室的部分零件已采用C/C基復合材料制造。法國的M88-2發動機，幻影2000型發動機的加力燃燒室噴油桿、隔熱屏、噴管等也都采用了C/C基復合材料。
陶瓷基復合材料（CMC）由于其本身耐溫高、密度低的優勢，在航空發動機上的應用呈現出從低溫向高溫、從冷端向熱端部件、從靜子向轉子的發展趨勢。
CMC材料具有耐溫高、密度低、類似金屬的斷裂行為、對裂紋不敏感、不發生災難性損毀等優異性能，有望取代高溫合金滿足熱端部件在更高溫度環境下的使用，不僅有利于大幅減重，而且還可以節約甚至無須冷氣，從而提高總壓比，實現在高溫合金耐溫基礎上進一步提升工作溫度400～500℃，結構減重50%～70%，成為航空發動機升級換代的關鍵熱結構用材。
主要應用位置：短期目標為尾噴管、火焰穩定器、渦輪罩環等；中期目標是應用在低壓渦輪葉片、燃燒室、內錐體等；遠期目標鎖定在高壓渦輪葉片、高壓壓氣機和導向葉片等應用。
先進樹脂基復合材料是以高性能纖維為增強體、高性能樹脂為基體的復合材料。與傳統的鋼、鋁合金結構材料相比,它的密度約為鋼的1/5,鋁合金的1/2,且比強度與比模量遠高于后二者。
主要應用位置：航空發動機冷端部件(風扇機匣、壓氣機葉片、進氣機匣等)和發動機短艙、反推力裝置等部件上得到廣泛應用。
金屬基復合材料主要是指以Al、Mg等輕金屬為基體的復合材料。在航空和宇航方面主要用它來代替輕但有毒的鈹。這類材料具有優良的橫向性能、低消耗和優良的可加工性,已成為在許多應用領域最具商業吸引力的材料,并且在國外已實現商品化。
主要應用位置：適合用作發動機的中溫段部件。
在過去的10余年間，航空航天技術取得了長足的進步，新技術總是不斷涌現，其中屢屢出現新材料的身影。
盡管增材制造不是十年來的新事物，但在過去的十年中，增材制造應用領域迅速上升。增材制造通過形成成百上千個層來“印刷”三維零件，從而完成了航空航天零部件的制造。
在2000年代，增材制造是一種新穎的技術。但是，隨著技術的進步，增材制造現已用于使用包括金屬和聚合物在內的多種材料來制造航空航天零部件。增材制造使工程師和航空航天制造商可以創建極其復雜的零件，而這些零件可能無法通過傳統的減法方法來制造。使用增材制造工藝制造的這些復雜零件可以減輕重量，提高性能并提高發動機的燃油效率。
在過去的十年中，航空航天業采用了幾種新材料，這些新材料正在改變航空航天船的設計方式。在過去的幾年中，航空研究人員和制造商越來越多地朝著復合材料的方向發展。
波音公司發布了787 Dreamliner飛機，徹底改變了商用飛機。該飛機的機體由大約50％的碳纖維和其他復合材料組成。像787 Dreamliner所使用的復合材料，以及在其他飛機制造商和模型中使用的復合材料在某些情況下，與由不銹鋼、鋁和鈦制成的傳統部件相比，具有更大的優勢。這些優點包括減輕重量、改善的耐腐蝕性和在某些情況下改善的機械性能。
航空航天材料領域的另一個令人振奮的新發展是使用石墨烯等納米材料。石墨烯是一種極薄的材料，可用作其他材料的涂層，具有出色的耐腐蝕性和導電性。石墨烯在航空航天工業中的潛在應用包括可大大改善電氣設備使用壽命的電氣部件涂料和可用于通過電傳輸快速為飛機和其他航空航天器除冰的翼型涂料。
72年來，中國航天事業一次次突破技術難關，每一次關鍵技術的突破都承載著國人的夢想，凝聚著中國智慧，也彰顯出中國制造和新材料不斷增強的實力。
1970年4月，中國第一顆人造地球衛星“東方紅一號”在酒泉衛星發射中心成功發射，由此開創了中國航天史的新紀元，北京科技大學為其殼體用低合金超高強度鋼的成功研制發揮了重要作用。
2003年10月，我國第一艘載人飛船神州五號成功發射。天馬新材的電子陶瓷基板用氧化鋁，成功應用在發射器的芯片上，與第一位航天員楊利偉一起飛入太空。
2020年7月，北斗三號全球衛星導航系統正式開通，我國成為世界上第三個獨立擁有全球衛星導航系統的國家。佳利電子基于微波陶瓷技術，開發了北斗衛星接收天線。
2021年5月，中國首輛火星車“祝融號”從“天問一號”飛船中分離并下降，成功降落到火星地面。西安交通大學研制出的新型鎂鋰合金用于其中。作為目前世界上最輕的金屬結構材料，它幫助實現了探測器的輕量化，為“祝融號”長期工作及著陸保駕護航。
航空航天事業正在不斷發展，中國新材料砥礪奮進，支撐著中國制造崛起，寫下一段段令人熱血澎湃的故事。歷史證明，成功不是一夜之間的，材料人對航空航天材料不斷探索的決心絕不停止！
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