【技術(shù)前沿】長(zhǎng)征五號(hào)B火箭首飛任務(wù)將驗(yàn)證在軌3D打印
發(fā)布時(shí)間：2019-07-01 瀏覽次數(shù)：790次
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摘要：航天科技在軌完成3D打印
5月5日, 長(zhǎng)征五號(hào)B（以下簡(jiǎn)稱“長(zhǎng)五B”）遙一運(yùn)載火箭在海南文昌航天發(fā)射場(chǎng)將我國(guó)新一代載人飛船試驗(yàn)船成功送入預(yù)定軌道。在本次任務(wù)中，由中國(guó)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(yàn)船安排了在軌精細(xì)成型實(shí)驗(yàn)、材料摩擦行為實(shí)驗(yàn)、微重力測(cè)量試驗(yàn)等三項(xiàng)科學(xué)實(shí)（試）驗(yàn)，將為未來(lái)我國(guó)空間站建設(shè)運(yùn)營(yíng)以及走向更遙遠(yuǎn)的深空，進(jìn)行前瞻科學(xué)研究和技術(shù)驗(yàn)證。
在人類探索太空過(guò)程中，設(shè)備和材料的“補(bǔ)給線問(wèn)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(shí)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(tái)太空3D打印機(jī)抵達(dá)國(guó)際空間站，揭開(kāi)了人類“太空制造”的序幕。據(jù)介紹，為進(jìn)一步提升制造精度、擴(kuò)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(tuán)隊(duì)研制的“在軌精細(xì)成型實(shí)驗(yàn)裝置”將創(chuàng)新采用立體光刻3D打印技術(shù)對(duì)金屬/陶瓷復(fù)合材料進(jìn)行微米級(jí)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(wú)法保持穩(wěn)定形態(tài)，會(huì)發(fā)生爬壁導(dǎo)致液面起伏影響打印。該團(tuán)隊(duì)通過(guò)國(guó)內(nèi)外失重飛機(jī)，先后進(jìn)行了數(shù)百次微重力環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)，對(duì)漿料在失重條件下的流變行為及內(nèi)在機(jī)理進(jìn)行了分析，利用化學(xué)及物理方法對(duì)漿料進(jìn)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(dòng)性，保證了打印順利進(jìn)行。
眾所周知，有運(yùn)動(dòng)必有磨損，比如人們常見(jiàn)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其構(gòu)件由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)部位附近并可能對(duì)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(yùn)動(dòng)零件的磨損，延長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)零件的使用壽命的目的，通常需要對(duì)運(yùn)動(dòng)零件摩擦表面加注潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂或固體潤(rùn)滑進(jìn)行潤(rùn)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(shí)驗(yàn)裝置”將研究微重力環(huán)境下液體潤(rùn)滑材料的濕潤(rùn)行為及固體摩擦產(chǎn)物遷移行為，通過(guò)觀察不同類型潤(rùn)滑油在材料表面的浸潤(rùn)現(xiàn)象，分析固體表面狀態(tài)對(duì)液體潤(rùn)滑材料浸潤(rùn)的影響，揭示空間環(huán)境因素特別是微重力環(huán)境對(duì)潤(rùn)滑油潤(rùn)濕行為的作用規(guī)律，指導(dǎo)可應(yīng)用于空間運(yùn)動(dòng)部件的新型表面改性技術(shù)，為長(zhǎng)壽命潤(rùn)滑潤(rùn)滑技術(shù)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提供支持。同時(shí)通過(guò)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(duì)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(dòng)機(jī)制，為后續(xù)長(zhǎng)壽命運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)在軌運(yùn)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(shí)，會(huì)受到地球引力之外多種作用力的干擾，如大氣阻力、太陽(yáng)輻射光壓、重力梯度效應(yīng)、軌道機(jī)動(dòng)、姿態(tài)控制、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)和乘員活動(dòng)等，從而達(dá)不到完全“失重”狀態(tài)，而是一種“微重力”環(huán)境?！拔⒅亓Α笔菍?duì)“失重”的偏離，其大小可以通過(guò)航天器所受干擾力的加速度值來(lái)度量。為了掌握并消除各種干擾對(duì)航天器內(nèi)科學(xué)實(shí)驗(yàn)載荷影響，為科學(xué)實(shí)驗(yàn)提供所需高微重力水平實(shí)驗(yàn)環(huán)境，首先需要準(zhǔn)確測(cè)量科學(xué)實(shí)驗(yàn)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(guó)航天科工集團(tuán)三院三十三所研制的“微重力測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置”將多種類型的微振動(dòng)加速度傳感器集成在同一臺(tái)設(shè)備中進(jìn)行加速度測(cè)量能力的比對(duì)測(cè)試與在軌驗(yàn)證，也是國(guó)內(nèi)高精度微機(jī)電系統(tǒng)靜電懸浮加速度計(jì)的首次在軌飛行，將為我國(guó)空間站時(shí)期開(kāi)展高靈敏度微重力測(cè)量技術(shù)與高微重力隔振控制技術(shù)提前進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)證與技術(shù)儲(chǔ)備。
