图1:哈尔滨工业大学副校长韩杰才作专题报告(张媞媞 摄)

2014年11月13日,第三届中国载人航天学术大会在成都召开。哈尔滨工业大学副校长韩杰才在大会专题报告中介绍了新型载人航天超轻质防热复合材料与结构、轻质充气展开复合材料与结构方面的研究进展,并介绍了哈尔滨工业大学在这些领域的研究成果。

图2:哈尔滨工业大学副校长韩杰才作专题报告(张一鸣 摄)

  韩杰才说,由航天员参与的载人航天技术是以对太空进行探索以及利用太空环境进行科学研究、资源开发与应用的综合工程技术, 是高技术密集的尖端科学技术。载人航天复合材料与结构是保护航天器在轨服役以及再入和返回地球的最为关键技术之一,涉及高温和超高温、强辐射、高真空、微重力、昼夜交变等极端环境。发展方向包括新型超轻质防热材料、充气式展开太空舱和充气式再入减速器。

  国外轻质防热材料研究取得了显著进展,“龙”飞船、“好奇”号探测器等航天器均采用了PICA轻质防热材料。我国神舟系列载人飞船返回舱设计采用了我国自主研制的新型烧蚀防热材料。近年来,哈尔滨工业大学研制了具有“雾凇结构”的轻质防热复合材料,实现了低成本、超轻质、防隔热一体化。

  韩杰才特别介绍了充气式展开太空舱情况。这是一种由多层柔性复合材料构建的一种空间结构,在发射升空前可以折叠装载于火箭舱内,待入轨和到达空间站后,通过充气使其膨胀成最终形态。目前NASA已经与Bigelow Aerospace公司合作,将在国际空间站应用该充气展开式太空舱,该技术也可应用于充气式月球基地。材料技术是构建大型充气展开太空舱的前提,如多功能蒙皮材料体系,包括气密层、增强层、防护层、防辐射层和热防护层。哈尔滨工业大学重点开展了增强层材料体系的设计与力学性能表征等研究。

  韩杰才介绍,充气式再入减速器的原理是将可折叠的减速面(阻力面)存储在头锥后,在再入时充气展开、通过增大阻力面实现减速,减速面同时为有效载荷提供防护。其关键技术包括空间充气展开热刚化复合材料和空间充气展开形状记忆环氧树脂材料。这一技术可应用于载人空间站回收运输系统、载人空间站应急救生系统、火星等行星飞行任务中,应用前景广泛。(张媞媞)