复合材料赋能航天新高度解码天宫空间站的 “中国智造”

在距离地球400公里的浩瀚苍穹，中国天宫空间站以每秒7.7公里的速度巡天遨游。这座由我国自主建造的“太空科学方舟”，不仅是载人航天工程的里程碑，更成为复合材料技术创新的“超级试验场”。从核心舱的“心脏”到航天员的“太空腕表”，中国复合材料行业以颠覆性材料突破，为航天事业注入强劲动能。

一、霍尔推进器：陶瓷基复合材料的“太空首秀”

作为天宫空间站轨道维持的核心装备，天河核心舱搭载的4台LHT100型霍尔推进器，首次在载人航天器中实现电推进技术应用。其核心部件放电控采用中科院金属研究所研发的氮化硼陶瓷基复合材料，这种被誉为“白石墨”的材料，以独特的层状晶体结构，兼具低密度（2.2g/cm³）、高强度（抗弯强度≥150MPa）和抗热震性能，可承受等离子体电离产生的千度高温与离子溅射。

传统化学推进器依赖燃烧推进剂，而霍尔推进器通过电子束电离氙气产生离子推力，比冲提升5-10倍。氮化硼陶瓷基复合材料的国产化突破，不仅打破了欧美在高端陶瓷基复合材料领域的垄断，更使天宫空间站每年节省约2亿美元燃料成本。该材料的研发过程中，中科院金属研究所攻克了氮化硼材料强度低、易吸潮、腔体放电不稳定等难题，通过优化材料配方和制备工艺，成功实现从实验室到工程化应用的跨越。

与国际空间站采用的纯化学推进系统相比，天宫的电推进技术代表了未来星际航行的方向。目前，美国的X3霍尔推进器虽推力更大（约5N），但天宫的LHT100型在可靠性和寿命上更具优势。

二、柔性太阳翼：“纸薄”材料的能量革命

天宫空间站的电力系统堪称“太空发电站”，其柔性太阳翼采用多结砷化镓太阳能电池片，发电效率高达30%以上，日发电量近1000 度，相当于普通家庭一个半月的用电量。更令人惊叹的是，太阳翼发电板厚度仅0.7毫米，却能在-120℃至150℃的极端温差下保持稳定。

太阳翼的核心支撑结构采用碳化硅颗粒增强铝基复合材料，该材料密度比铝合金低30%，强度却提升40%，成功解决了太阳翼伸展机构的轻量化与可靠性难题。中科院金属研究所马宗义团队通过粉末冶金批量制备技术和各向同性中厚板塑性成形技术，将坯锭生产效率提升5倍以上，板材成品率提高20%。此外，哈工大研发的形状记忆聚合物复合材料，通过智能结构设计实现太阳翼发电板在轨可控展开，无需传统机电驱动系统，成为国际首个在轨验证的柔性太阳能电池支撑技术。

碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备采用粉末冶金法，通过机械合金化工艺实现增强颗粒的均匀分散，其孔隙率低于1%，力学性能达到国际先进水平。上海瑞尔实业在2025年申请的相关专利，进一步优化了该材料的制备流程，使其适用于航空航天、汽车等高端领域。

三、航天表：钛合金与碳纤维的“精密舞蹈”

在神舟19号航天员9小时的出舱活动中，飞亚达航天表以精准计时成为“太空节拍器”。这款腕表采用TA15钛合金表壳，密度仅为不锈钢的55%，却能承受1000℃瞬时高温与-196℃深冷冲击。表冠与表带则运用碳纤维复合材料，通过三维编织技术实现轻量化与抗磁干扰的完美平衡。

TA15钛合金属于高铝当量近α型钛合金，其AI当量为6.58%，Mo当量为2.46%，具有优异的热稳定性和焊接性能，可在500℃下长期工作。飞亚达航天表的机芯齿轮采用陶瓷基复合材料，在真空环境下仍能保持0.5 秒/天的计时精度，其材料技术已延伸至航空发动机叶片、高速列车制动盘等领域。

目前，全球仅有中国飞亚达和瑞士欧米茄能为国家级载人航天任务长期提供航天表。飞亚达航天表的国产化突破，不仅保障了我国载人航天任务的独立性，更推动了国产高端装备制造的升级。其研发过程中，企业与中科院金属研究所合作，攻克了钛合金表面处理、碳纤维抗磁干扰等关键技术。

四、行业突破：从“跟跑”到“领跑”的跨越

中国复合材料工业协会数据显示，2024年我国碳纤维产能突破20万吨，T1100级产品实现量产，预浸料技术指标达到国际先进水平。在天宫空间站建设中，中复神鹰的M55J级碳纤维用于舱体结构件，恒神股份的HF60级材料助力大型固体火箭发动机减重15%。

技术创新与产业生态

碳纤维领域，光威复材通过干喷湿纺工艺实现T1100级碳纤维的工程化生产，中复神鹰则在百吨级离散性能和稳定性能上取得突破。3D打印技术方面，我国率先实现连续纤维增强复合材料太空3D打印，在微重力环境下完成蜂窝结构与航天标志的打印验证，为未来空间站在轨扩建奠定技术基础。

企业案例与市场拓展

恒神股份针对低空经济需求，开发出T800级中温预浸料，并参与多款无人机全机结构的研发。其四川自贡子公司投资1.4亿元建设无人机配套基地，推动碳纤维复合材料在物流、外贸等领域的应用。此外，安泰复材、新创航空等企业已实现国产大飞机C919复合材料部件批产，并参与低空经济飞行器整机研发。

五、政策护航：新材料产业的“中国方案”

“十四五”期间，国家将碳基新材料纳入战略性新兴产业规划，山西、江苏等地获批建设国家级碳基新材料产业基地。工业和信息化部通过税收优惠、专项基金等政策，推动碳化硅复合材料、陶瓷基复合材料等关键技术突破。

政策支持与地方实践

山西省依托中国电科（山西）碳化硅材料产业基地，推动8英寸N型碳化硅衬底的量产，预计2025年投产产值达30万片。江苏省则通过“技改九条”“技改专项贷”等政策，支持高性能复合材料项目建设，2024年下达专项债务11亿元用于涪陵区重大项目。

国际合作与标准引领

我国积极参与国际标准制定，推动碳纤维、碳化硅等材料的技术标准国际化。同时，通过“一带一路”合作，向发展中国家输出复合材料技术，提升中国在全球产业链中的话语权。

六、未来展望：从近地轨道到深空探测

随着牛级（牛顿级别）霍尔推进器、太空3D打印等技术的迭代，复合材料将持续赋能深空探测、空天往返等战略领域。例如，石墨烯航空电池能量密度提升50%以上，有望为月球基地提供高效能源；超材料技术则可能实现航天器的隐形与高效通信。

技术路线图与挑战

短期内，我国将聚焦复合材料的轻量化、耐高温、抗辐射性能提升；中长期目标则是实现材料的智能化与自修复功能。然而，高端材料的成本控制、大规模产业化以及国际技术封锁仍是主要挑战。

产业协同与人才培养

复合材料的发展需要“材料-设计-制造”全产业链协同。高校与企业应加强产学研合作，培养跨学科人才。同时，政府需进一步优化政策环境，引导社会资本投入基础研究和中试转化。

从氮化硼陶瓷基复合材料的“太空心脏”，到形状记忆聚合物的“智能翅膀”，中国复合材料行业正以天宫空间站为舞台，书写着“材料强国”的新篇章。未来，随着技术的持续突破，复合材料将为人类探索宇宙提供更轻、更强、更智能的“中国方案”。

参考资料：中国载人航天工程办公室、中国复合材料工业协会、中科院金属研究所等