天宫二号寿命2年,国际空间站寿命30年,原来是国产材料不行

天宫二号意味着中国已经能够发射短期有人照料的空间实验室。而到中国新的载人飞船、货运飞船实现和天宫二号的对接后,就意味着中国建成完整配套的空间工程系统,中国载人航天三步走的战略已经完成第二步。

据媒体报道,“天宫二号”和天宫一号外形完全相同,但任务却有了很大的变化,因为天宫二号是我国第一个具备太空补加功能的载人航天实验室,要第一次实现航天员30天驻留、第一次试验推进剂太空补加技术,以及开展大规模的科学实验。

很多媒体都着重报道了天宫二号将要进行的14项空间科学实验,例如空间冷原子钟实验、空地量子密钥分配试验等。但实际上,这只是显示了天宫二号在设备载荷上的变化。更重要的是前两项,首先说推进剂太空补加等于说延长天宫二号的在轨寿命,是试验未来空间站长期运营的关键技术,更重要的是航天员30天驻留,这就为将来中国太空站长期有人值守摸索经验。

对于中国目前航天员选拔程序和标准来看,航天员个体适应太空长期生活的能力基本上没有问题。前一阵子首次完成国际洞穴训练中国新一代航天员叶光富,就显示了中国航天员的素质。但航天员在太空长期值守,除了身体、心理素质之外,更需要技术上的支援,例如体能训练设备、空气、水循环设备以及各种太空食物,但更关键的,是房子本身是否坚固。也就是说,如果空间站材料不坚固,无法保护航天员,那么再优秀的航天员也无法在太空生活。

太空并不是空无一物,在近地轨道,充斥着大量太空垃圾碎片,因此无论是天宫二号还是国际空间站,如果不能随时抗住这些高速飞行碎片的冲击,保护航天员和舱内载荷,就无法完成太空任务。中国官方媒体报道天宫二号在轨寿命两年,而国际空间站舱段的寿命是15-30年。这个差异,直接显示中国与西方在航天材料上的差距,而这是中国未来建设空间站技术攻关的重点。空间站能否成功,要看“房子材料”怎么样。
国际空间站

现代空间站的密封舱都是采用网格式整体壁板结构,而且为了防护空间碎片和微流星的冲击,还使用了加厚的蒙皮。以国际空间站为例,美国、日本、欧洲舱段壁板结构蒙皮厚度均从3.2mm 增加为4.8mm。从设计的角度看,把密封舱的厚度增加看似很简单,但实际上考验的是材料技术。因为太空发射对重量很敏感,密封舱一方面要增加防护性,还要重量轻,而且还要有较高的比强度和比刚度;良好的塑性和断裂韧性;优良的机加、成形以及焊接性能;较高的防腐、防锈性能。

有资料显示,天宫二号为了设计制造上的考虑,使用了是较为老式的5A06铝合金,这种合金成型性能优异,但是强度较低。在国际空间站上,只有俄罗斯舱段使用的是这种合金,而西方国际密封舱段使用的是强化的2219铝铜合金。现在俄罗斯对其舱段采用定期舱外维修提高防护的手段。同时,俄罗斯还研发了更先进的1970铝锌镁钪合金,准备用在他们未来自用的空间站上。美国也在开发更先进的2195铝锂合金。

专家普遍认为,国内密封舱结构采用的 5A06 材料屈服强度较低,已很难满足未来新型密封舱结构的设计需要。铝钪合金 1970和铝锂合金 2195 屈服强度较高,是未来太空站新型密封舱结构的优选材料。目前从公开材料上看,中国只有有西南铝业公司具备 2195 铝锂合金的生产能力,但没有任何工程型号的实际应用。但中国未来太空站的建设,必然要采用上述新材料。

2195铝锂合金 (上图),是未来太空站新型密封舱结构的优选材料

此外,除了材料本身,中国也需要加强对新材料壁板的加工成型和焊接技术,必须尽快开展先进成形工艺方法研究,对空间站大型壁板结构时效蠕变成形的数学建模、回弹计算、模拟仿真、热压罐设备、模具设计和工艺参数优化等相关理论和技术进行研究。

(本文来源:诤闻军事)