新闻资讯|“一箭六星”,钛在卫星上的应用

钛时代科技 2024-10-01 17:34:34
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9月20日,我国在太原卫星发射中心使用长征二号丁运载火箭,成功将吉林一号宽幅02B01~06星发射升空,实现了“一箭六星”的顺利升空。毫无疑问,这又是一件科技领域值得庆贺的事。

我们都知道航天领域涉及前端科技,不仅对技术有着高精尖的要求,还对火箭和卫星制造材料有着严格准入门槛,一般的材料在极端的太空环境中非常容易损坏,前几个月上天的波音“星际客机”的两名宇航员还归期不定,这就是个“钛铝”合金错用的反面典型。

而被誉为“太空金属”“未来金属”的钛,不仅质量轻、强度高,而且耐腐蚀,有良好的高温、低温性能,能很好的适应太空环境,非常适合应用在航天领域。

今天,我们就来盘点一下,钛金属在卫星上的应用吧~

卫星的载体——火箭

钛合金在火箭结构中的应用范围非常广泛,主要应用在火箭外壳、燃气喷嘴、液体氧气舱等部位。例如,美国宇航局的“飞行器”计划中,使用了大量的钛合金材料,如钛合金结构、进气口、舱壁和结构件等等,以提高火箭的结构强度、提高抗腐蚀性能和降低重量。

此外,钛合金还广泛应用于火箭发动机喷嘴,由于钛合金强度高、抗腐蚀性好,可以减少火箭发射时燃气喷出的高温高速气体对喷嘴的冲击。

例如将嫦娥六号送上预定轨道的长征五号运载火箭,它强大的心脏中有一个用钛合金制造的核心部件——氢泵叶轮,在零下253℃的低温下飞速旋转给发动机输送液态氢燃料,轮盘边缘的速度比音速还快,就像发动机的“心脏瓣膜”一样。

卫星与钛

卫星天线便是用镍钛合金制成。在发射人造卫星之前,可以将抛物面天线折叠起来装进卫星体内,火箭升空后,只需加温,折叠的卫星天线因具有“记忆”功能而自然展开,恢复抛物面形状。更神奇的是,通过合金的形状记忆特性,天线可以实现自动调整角度,提高卫星的通信稳定性和导航精度。

由于镍钛合金的形状记忆功能,也可以作为卫星太阳能翼的展开结构材料,在受到外界刺激时能够自动展开或收缩,从而实现太阳能翼的自动展开和折叠,保证卫星能够稳定获取能源。镍钛合金也可以制造一些卫星的零部件,当卫星受到外部冲击时具有一定的缓冲效果,保护卫星结构不受损失。

卫星执行机构管道要求材料不仅要耐燃料介质的腐蚀,而且要气密性好,无气孔、针孔和夹杂等。所以执行结构选用钛金属来制造给卫星姿态控制发动机输送燃料的管路。

航天相机的制造材料选取非常重要,为减轻相机的重量,提高精度,并适应复杂的太空环境,所以将资源卫星相机的镜头框架选用钛合金。在返回式卫星上,不仅镜头框架,而且镜筒和镜座也由钛合金制成,经过多次发射飞行拍摄实测,拍摄的图像清晰、畸差变小、幅面照度均匀,为我国空间摄影达到国际水平做出了贡献。2018年7月,装载于嫦娥四号中继星“鹊桥”号上的双分辨率相机,首次从地月拉格朗日L2点附近拍下了地球和月球的合影,这台相记就采用了钛合金材料。

小结

从支撑卫星的“外骨骼”和在卫星结构中釆用TB2高强度钛合金制成大口径双波纹壳结构和远地点发动机支架,到卫星与运载火箭的“星箭连接带”乃至返回式卫星回收舱端框的制造等都是钛合金在卫星上的应用实例。

从经济角度来说,卫星每减重 1 kg,可减少10 KN推力,可节省20多万美元的发射费用。而通信卫星每减少10 KN推力,可创效益400万美元。

从古至今人们寄予神秘的宇宙,浩瀚的星空无数美好的想象。所幸的是现代航天事业的不断发展,卫星代替我们驻守在地球之外,不断地向我们提供着通信、导航、天气预报等服务。发展卫星事业不仅有利于当下的人类发展,更能为人类的未来提供新的可能。因此,为了实现这一目的,钛金属工业的发展是必不可少的。

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