【技術(shù)前沿】長征五號B火箭首飛任務(wù)將驗證在軌3D打印
發(fā)布時間：2019-07-01 瀏覽次數(shù)：733次
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摘要：航天科技在軌完成3D打印
5月5日, 長征五號B（以下簡稱“長五B”）遙一運載火箭在海南文昌航天發(fā)射場將我國新一代載人飛船試驗船成功送入預(yù)定軌道。在本次任務(wù)中，由中國科學(xué)院牽頭負(fù)責(zé)的空間應(yīng)用系統(tǒng)在新飛船試驗船安排了在軌精細(xì)成型實驗、材料摩擦行為實驗、微重力測量試驗等三項科學(xué)實（試）驗，將為未來我國空間站建設(shè)運營以及走向更遙遠(yuǎn)的深空，進行前瞻科學(xué)研究和技術(shù)驗證。
在人類探索太空過程中，設(shè)備和材料的“補給線問題”，一直阻礙著人們飛向更遠(yuǎn)空間。隨著太空3D打印技術(shù)快速發(fā)展，實現(xiàn)航天器零部件的“自給自足”正在成為可能。2014年，NASA研制的世界上首臺太空3D打印機抵達(dá)國際空間站，揭開了人類“太空制造”的序幕。據(jù)介紹，為進一步提升制造精度、擴大可用于太空制造的材料譜系，由中科院空間應(yīng)用中心研究團隊研制的“在軌精細(xì)成型實驗裝置”將創(chuàng)新采用立體光刻3D打印技術(shù)對金屬/陶瓷復(fù)合材料進行微米級精度的在軌制造。太空失重環(huán)境是立體光刻技術(shù)面臨的主要挑戰(zhàn)之一，普通的打印漿料在失重條件下無法保持穩(wěn)定形態(tài)，會發(fā)生爬壁導(dǎo)致液面起伏影響打印。該團隊通過國內(nèi)外失重飛機，先后進行了數(shù)百次微重力環(huán)境下的實驗，對漿料在失重條件下的流變行為及內(nèi)在機理進行了分析，利用化學(xué)及物理方法對漿料進行優(yōu)化使其從液態(tài)變?yōu)檐浳镔|(zhì)形態(tài)，軟物質(zhì)特有的屈服應(yīng)力在失重條件下抵抗形變，抑制爬壁，且在較高剪切力作用下其又可以恢復(fù)良好的流動性，保證了打印順利進行。
眾所周知，有運動必有磨損，比如人們常見的機械運動機構(gòu)，其構(gòu)件由于相對運動必然發(fā)生摩擦并產(chǎn)生磨損，形成稱為磨屑的摩擦產(chǎn)物，常堆積于運動部位附近并可能對周邊表面有所污染，在衛(wèi)星、飛船及空間站中這一現(xiàn)象同樣也不能避免。因此基于降低運動零件的磨損，延長運動零件的使用壽命的目的，通常需要對運動零件摩擦表面加注潤滑油、潤滑脂或固體潤滑進行潤滑。由中科院空間應(yīng)用中心聯(lián)合蘭州化學(xué)物理研究所研制的“材料摩擦行為實驗裝置”將研究微重力環(huán)境下液體潤滑材料的濕潤行為及固體摩擦產(chǎn)物遷移行為，通過觀察不同類型潤滑油在材料表面的浸潤現(xiàn)象，分析固體表面狀態(tài)對液體潤滑材料浸潤的影響，揭示空間環(huán)境因素特別是微重力環(huán)境對潤滑油潤濕行為的作用規(guī)律，指導(dǎo)可應(yīng)用于空間運動部件的新型表面改性技術(shù)，為長壽命潤滑潤滑技術(shù)的設(shè)計開發(fā)提供支持。同時通過考察磨屑在微重力環(huán)境中的遷移現(xiàn)象，研究空間環(huán)境因素對磨屑漂移的影響，探索空間微重力環(huán)境中的磨屑分布狀態(tài)，推演出微重力環(huán)境中磨屑漂移的驅(qū)動機制，為后續(xù)長壽命運動機構(gòu)在軌運行期間磨屑約束研究提供指導(dǎo)意義。
載人航天器在軌飛行時，會受到地球引力之外多種作用力的干擾，如大氣阻力、太陽輻射光壓、重力梯度效應(yīng)、軌道機動、姿態(tài)控制、設(shè)備運轉(zhuǎn)和乘員活動等，從而達(dá)不到完全“失重”狀態(tài)，而是一種“微重力”環(huán)境。“微重力”是對“失重”的偏離，其大小可以通過航天器所受干擾力的加速度值來度量。為了掌握并消除各種干擾對航天器內(nèi)科學(xué)實驗載荷影響，為科學(xué)實驗提供所需高微重力水平實驗環(huán)境，首先需要準(zhǔn)確測量科學(xué)實驗載荷微重力水平。由中科院空間應(yīng)用中心聯(lián)合華中科技大學(xué)，中國航天科工集團三院三十三所研制的“微重力測量實驗裝置”將多種類型的微振動加速度傳感器集成在同一臺設(shè)備中進行加速度測量能力的比對測試與在軌驗證，也是國內(nèi)高精度微機電系統(tǒng)靜電懸浮加速度計的首次在軌飛行，將為我國空間站時期開展高靈敏度微重力測量技術(shù)與高微重力隔振控制技術(shù)提前進行技術(shù)驗證與技術(shù)儲備。
