上海交大硬核复合材料助力“梦天”长征五号火箭翱翔

10月31日15时37分，搭载梦天实验舱的长征五号B遥四运载火箭，在我国文昌航天发射场准时点火发射，约8分钟，梦天实验舱与火箭成功分离，精确进入预定轨道。梦天实验舱上携带的大型柔性太阳翼分两步陆续展开，16时左右柔性太阳翼完成了一次展开，梦天实验舱与空间站组合体实施交会对接后，其太阳翼二次完全展开。伴随着梦天实验舱的成功发射，中国空间站三舱“T字构型”建造任务成功完成，同时也标志着我国空间站建造全面完成。

上海交通大学材料科学与工程学院、金属基复合材料国家重点实验室作为助力梦天实验舱圆满完成任务的其中一员，解决了空间站大面积柔性太阳翼展开机构关键部件的材料问题。从2021年的天和核心舱，至2022年7月的问天实验舱，再到今天的梦天实验舱，该团队研发的数十种规格碳化硅增强铝基复合材料关键构件，应用于中国空间站的柔性太阳翼伸展机构，满足了大面积柔性太阳翼在功能、精度、稳定性以及可靠性方面的需求，为中国从航天大国迈向航天强国提供了里程碑式的支撑！梦天空间站柔性太阳翼两翼顺利展开，也标志着该团队一代又一代的科研工作者的青春，与中国航天事业“完美对接”！

轻柔灵巧，骨韧耐磨

与问天实验舱相同，梦天实验舱也拥有一双巨大的“迎光翱翔的翅膀”，这就是梦天实验舱的柔性太阳翼。柔性太阳翼又称太阳能帆板或柔性太阳电池阵，它是梦天实验舱进入太空后的能量来源，堪称“动力心脏”。太阳翼负责将源源不断的太阳能转化为空间站所需的动能，是我国空间站不可或缺的“能量源泉”。

在梦天实验站尾部配置着我国最大的柔性太阳翼。梦天实验舱太阳翼单翼展开长度超过27米，两个太阳翼全部展开长度超过55米，单翼展面面积可达138平方米，全部展开后的翼展超过270余平方米。如此巨大面积的太阳翼会对梦天实验舱的对接任务产生一定扰动，故梦天实验舱的太阳翼首先进行第一次展开，以支撑梦天实验舱在交互对接时拥有充足的动力和电力。这样复杂的展开过程，对于柔性太阳翼的伸展机构提出了更严格的要求。因此，支撑柔性太阳翼的展收工作的材料就必须具备轻质高强、高模量、高耐磨、尺寸稳定等的特性。

上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室教授张荻、欧阳求保团队研制的碳化硅增强铝基复合材料，具有轻质、高强度、高模量、耐磨性好、热膨胀系数低、尺寸稳定性好、导热系数高等特点,它满足了航天航空事业对轻质高性能金属基复合材料的迫切需求，为梦天实验舱进入太空后的运行做出了重要贡献。

久久为功，驰而不息

材料性能不断优化

虽然相比于传统的小型太阳能帆板，大面积柔性太阳翼有了质的提升。然而，也随之带来了理论研究、试验和仿真的复杂性，系统展开过程中会遇到接触碰撞、间隙、摩擦等许多问题。因此，为了满足大规模航天器对于柔性太阳翼的伸展要求，上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室张荻教授和欧阳求保教授团队，对研制的碳化硅增强铝基复合材料的综合性能进行了更为严苛的探索。

在回忆起研究实验过程，张荻教授介绍，“梦天实验舱中几百件乃至上千件构件的稳定性问题，是必须克服和跨越的一个问题！”如果一个材料不稳定，那么后续的性能分析犹如空中楼阁。“对于前期的基础研究和后续的应用研究，我们做了不计其数的研究探索。”张荻教授说道。该团队通过材料的设计、配方的优化、工艺设计的完善、组份的优化，使得碳化硅增强铝基复合材料的性能不断得以完善。在这些过程中，他们勇于创新突破，建立了复合热力学/动力学、基体合金化与表面改性等SiCp/Al界面容配复合技术，突破了高性能、大规格SiCp/Al复合材料的宏量化可控制备技术，以及SiCp/Al复合材料大型复杂构件的精密成形加工技术，创制出了满足我国空间站柔性太阳翼展收机构要求的轻质高强多功能铝基复合材料。