3 復合材料在空間技術中的應用

復合材料在空間技術中有著廣泛的應用,如航天器、多次使用飛行器、發動機噴嘴、空間結構、天線、雷達、衛星結構、太陽反射器等。

3.1航天器中的應用

復合材料結構件的減重直接影響到燃料用量，從而使航天器的運行更具經濟性。復合材料用于不同的航天飛機上以減輕重量。

復合材料對戰神一號和戰神五號運載火箭的減重有很大幫助。航天飛機部件復合材料的減重研究正在取得進展。NASA 蘭利中心制造并測試了機身襟翼后部的石墨聚酰胺部分。除此之外,蘭利中心還為星座計劃開展了復合材料綜合研究。NASA蘭利中心領導了重載復合材料筒體概念的綜合研究，用于AresV運載火箭的級間應用。

碳-碳復合材料用于航天飛機的前緣，并已廣泛應用于一次性和可重復使用的運載火箭。它是用于航天器行星進入、下降和著陸  (EDL)  的高溫材料。高模量碳纖維增強層壓板是許多復合材料航天器應用的標準。在載人航天器艙中，復合板用于支撐航天器重返大氣層所需的熱保護系統  (TPS)。

用于太空推進的帶熱障密封的離子和霍爾推進器

CMC材料具有耐高溫的優勢。因此,CMC 被用作熱保護系統的主要材料。可多次使用飛行器ARD是歐洲第一艘完成從發射到著陸的全程太空任務的地球返回飛船,于1998年制成,下圖為用于隔熱罩上的陶瓷基復合瓷磚。

ARD多次使用飛行器的隔熱罩

3.2 空間結構中的應用

復合材料在太空應用中已有數十年的歷史。復合材料在太空技術中的應用持續增長。復合材料的應用范圍廣泛,包括載人航天器、衛星、運載火箭。

復合材料可以用于航天器，正是因為輕量化和環境穩定性對于任務成功至關重要。復合材料還被廣泛應用于運載火箭,其應用范圍正在不斷擴大。

航天器和空間站結構

復合材料結構用于設計可部署有效載荷整流罩以及核心助推器的各個部分，例如級間結構。復合材料在國際空間站中得到廣泛應用。獵戶座探索飛行器的所有復合材料乘員艙均由  NASA  制造，而工程和工具支持則由  Janicki  Industries 提供。

結論

未來的航空航天領域，存在將制造規模從試樣級擴大到組件級的挑戰，除了在火箭相關設計中研究高強度碳纖維，航空航天領域還需要在多功能儲能復合材料(MESC)、納米電子、納米光子學和光電子作為電化學儲能裝置領域進行進一步研究。

參考資料：

1.Lijalem Gebrehiwet1, Ermiyas Abate, Yared Negussie3, Tesfu Teklehaymanot, Eden Abeselom Application Of Composite Materials In Aerospace & Automotive Industry:Review, International Journal of Advances in Engineering and Management (IJAEM), Volume 5, Issue 3 March 2023, pp: 697-723.

2.S.N. Veeresh Kumar, ―Composite Materials‖, Technical Seminar, April 2018, Visevesvaraya Technological University, Belagavi, India.

3.Nazmul Haque, ―In-situ Impregnation of Polymer Matrix with Copper Powder during Additive Manufacturing‖, Dhaka, Bangladesh, 2017.