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化工科技助力神十六飞天
  发布日期:2023-06-01

5月30日,搭载神舟十六号载人飞船的长征二号F遥十六运载火箭在酒泉卫星发射中心直冲云霄。数小时后,期盼已久的神舟十五号航天员乘组顺利打开“家门”,欢迎远道而来的神舟十六号航天员乘组入驻“天宫”。在此次发射任务以及飞船在轨运行中,化工行业的科技成果都扮演了重要角色,为航天强国建设提供了可靠保障。

发射:固体推进剂与“太空出征服”

在神舟十六号载人飞船发射过程中,由西安近代化学研究所研制的三型高可靠性、宽环境适应性推进剂再立新功,在长征二号F遥十六运载火箭一级起动、助推器与主火箭反推、船箭分离侧推等过程中工作正常,为我国航天事业发展再立新功。运载火箭配套用固体推进剂是影响火箭发射的关键技术。西安近代化学研究所经过仿真模拟计算与充分的试验验证,破解了低燃温、低残渣、宽平台、宽环境适应、高可靠性五大关键技术,通过了30余项系统性能试验验证,使我国运载火箭配套用固体推进剂技术实现独立自主。太空复杂恶劣的环境,给飞船材料带来了严峻考验。此次神舟十六号载人飞船的“太空出征服”热控多层由中国航天科技集团有限公司五院研制完成,采用轻质薄膜和高伸缩网状材料,颠覆了传统定制式单件手工制作模式,其制造效率和质量实现跨越式提升。该材料还可拓展应用至载人飞船内装饰、热控泡沫、加热被和各类绝缘膜的画线、裁剪及冲孔等制作过程中。随着中国空间站应用与发展阶段拉开序幕,载人飞船由原来的2~3年发射1艘缩短至1年发射2艘,以空间复杂曲面为代表的热控多层的数量和制作难度急剧增加。面对高密度、高强度的研制任务,航天科技集团五院突破了基于超轻超薄/弹性网状材料的航天器热控多层集成制造技术,实现了热控多层的批量数字化设计和自动化制造。

在轨:密封材料与化学起源实验

飞船各舱体间是“独立单元房”,舱门是连接和隔离空间站各舱体的重要机构,不仅要严丝合缝更要经久耐用,密封性能也至关重要。中国航天科技集团有限公司四院42所研究团队承担了神舟十六号舱门抗静电密封材料研制的工作,相继攻克了材料在力学性能、压缩永久变形、低温性能、老化性能、撕裂强度、气味等级、防霉等级、可凝挥发物含量等一道道“硬坎”指标,最终实现综合性能满足设计要求。抗静电密封材料经受了地面8万次的疲劳试验,并通过-90℃到200℃高低温交替变化等严苛环境的考验。目前,42所已为飞船提供万余件密封件,一次性检验合格率均为100%。在为期约5个月的太空生活中,神舟十六号3名航天员将开展蛋白与核酸共起源及密码子起源的分子进化研究、空间微重力环境调控植物细胞结构和功能的分子网络研究、空间辐射暴露引起线虫发育过程DNA损伤修复及细胞凋亡影响研究、空间辐射损伤评估科学与应用关键技术等多项科学实验。蛋白与核酸共起源及密码子起源的分子进化研究项目由中国科学院院士、厦门大学化学化工学院教授赵玉芬团队牵头承担。作为中国空间站应用与发展阶段的首批项目,该项目跟随神舟十六号乘组进驻空间站问天实验舱,并在神舟十六号乘组的协助下开展在轨实验。该项目首次将核苷、氨基酸与磷相结合来探索密码子起源,考察重力效应与生命进化的关系;首次实现在轨原位化学反应及原位动态反应监测;为完善生命的化学起源理论体系及寻找地外生命宜居星球提供重要的科学依据。

返回:“黑科技”涂层与碳纤维操纵棒

神舟十六号上应用了10余种由中国科学院上海硅酸盐研究所研制的“黑科技”涂层。其中,由上海硅酸盐所研制的防烧蚀污染涂层应用在神舟十六返回舱舷窗上。该涂层具有优异的自清洁功能,可保证在返回大气层过程中返回舱窗口受到烧蚀材料污染后,仍具有清晰的透明度,还可保证宇航员在返回过程中能通过窗口随时有效观察外部情况,同时也为地面搜救队员在飞船着陆后能首先通过窗口观察舱内状态提供保障。此外,在神舟飞船发射和返回过程中,航天员的身体被牢牢束缚在座椅上,很难完成对仪表板上各设备的操作。为解决这一难题,采用高强度碳纤维材料制作的操纵棒应运而生。操纵棒把手根据航天员手掌的正常抓握状态进行赋型设计,其外部轮廓曲面完美贴合航天员掌心,能够满足航天员操作过程中的舒适度要求。同时,操纵棒杆体设计为可无极伸缩式,航天员可以根据现场条件在一定范围内任意调整操纵棒的长度。

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