【新闻资讯】查看全部

塑料航天面窗：像维护“眼睛”一样维护着航天员

新项目团队简介

　　我国“973”方案“聚合物成型仿真模拟及冲压模具生产制造中的至关重要的问题科学研究”新项目是由申长雨工程院院士做为首席科学家，联合国组织内11家企业一同担负，以战略行业和我国主导产业聚合物产品成型和冲压模具生产制造为情况，着眼于处理聚合物构造产品的“成型”“成性”“服现役性”和“加工工艺操纵及模貝提升”等至关重要的问题，为在我国由生产制造强国向制造强国变化出示基础理论和技术性支撑点。

10月17日早上7点30分，配用神舟十一号载人航天飞船的长征二号F火箭发动机，在酒泉卫星发射中心打火发送，约575秒后，神舟十一号载人航天飞船与火箭弹取得成功分离出来，进到预订路轨，成功将景海鹏、陈新两位航天员送进外太空，航行乘组情况优良，发送获得圆满收官。

二天后，载人航天飞船安装两位航天员与天宫二号顺利开展连接，并逐渐进行多种空间科学试验与室内空间运用，尤其是太空站运作路轨的交会对接技术性。航天员进到天宫二号室内空间试验室后将开展中后期停留实验，考评组合体对航天员日常生活、工作中和身心健康的确保工作能力，及其航天员实行航行每日任务的工作能力，这将为在我国载客航天工程项目发展战略的第三步太空站基本建设迈开扎扎实实的一步。

为了更好地探寻宇宙的奥秘，航天员务必衣着采用材料、独特加工工艺、独特技术性生产加工的航天服开展太空探险，乃至出舱主题活动。在航天服上，帽子上的航天面窗是关键的构件之一，它不但立即危害着航天员对外开放外太空的观查，另外也時刻关联着航天员的人身安全!

生产制造航天面窗标准极为严苛

2008年9月27日，航天员翟志刚身穿在我国自主研制开发的“飛天”太空服在外太空中留有了中国宇航员的影子，这也让我国变成第三个把握外太空出舱技术性的我国。当翟志刚通过帽子上的航天面窗见到外太空，向太空外伸手臂，做为航天面窗的研制者，大家觉得了强大的自豪和引以为豪!

航天服一般由工作压力舱、帽子、胶手套和皮靴构成，分仓内服和舱外服游戏两大类。帽子面窗部件是航天员在外星球主题活动时观查外部的对话框，能够说成航天员的“双眼”，它不但要给航天员出示一个清楚、优良的视线，也是航天员性命确保最重要的构件之一。

自然，航天面窗有别于大家平常骑摩托车时戴的帽子上的面窗，由于，外太空含有太严苛的温度差标准，也有数不尽的不能意料的风险，这种都对航天面窗的原材料和设计方案明确提出了出现异常严苛的规定。

最先，航天面窗要能承担外太空极端化的溫度自然环境。因为外太空中沒有气体热传导和排热，航天面窗受太阳立即直射的一面，可造成达到100℃之上的高溫。而阴面的另一面，溫度则可低至零下100℃下列。因此 ，航天面窗主要的便是要可以承担极端化的热涨冷缩功效。

次之，航天面窗务必是零缺陷。因为外太空中是零大气压力，一切缺点都是会使航天员曝露在外太空中，并将遭遇过压、氧气不足、超低温和放射病4大风险。假如人立即曝露于外太空，氧气不足可能把人快速窒息死亡。另外，没了大气压力，人也会因内脏器官、人体器官的胀裂而马上送命。而且，在外太空零下269℃的低温自然环境，人也会马上冷死。

试验说明，假如太空服迅速缓解压力，那麼航天员将在15秒后身亡――这恰好是人体用尽身体全部co2的時间。

再其次，航天面窗要能隔绝外太空辐射源。由于没了地磁场方向和地球大气层的维护，航天员会遭受外星球更明显的辐射源损害。

最终，外太空中还存有着数不尽的空间碎片。因为航天员在宇宙飞船或是太空站外主题活动时，随时随地都很有可能碰到来源于外太空具备充足高机械能的空间碎片冲击性，因而，航天面窗在碰到这种残片的情况下，务必可以抵挡具备这种没什么提防的高机械能空间碎片的冲击性。

生产制造航天面窗是个不容易的不简单的技术活

即然生产制造航天面窗的标准那么严苛，那麼，全透明的航天面窗又是啥原材料制成的呢?

实际上大家对它并不生疏，它是一种橡胶制品，一种与大家戴的近视眼镜、汽车大灯灯盖一样的环氧树脂――聚碳酸酯或聚碳酸酯的共聚物化合物。

聚碳酸酯是一种线形炭酸聚脂，分子结构中炭酸官能团与另一些官能团更替排序，归属于分子结构链中带有碳酸酯基的高分子材料高聚物。聚碳酸酯是基本上没有颜色的玻璃态的不定形高聚物，可是它的抗压强度和电子光学性能是无以伦比的。

殊不知，因为聚碳酸酯的含量大、分子结构链坚硬、粘度大、流动性性能差，因而要用它来导致成型性能差，产品热应力大，自然环境地应力危害大，易形变和裂开，这种都给帽子上航天面窗的成型生产加工产生很大的难度系数。

“偏向虎山行，偏向虎山行。”尽管聚碳酸酯的性子这般不太好，但大家還是得将航天面窗成型。多种多样试验科学研究后，我们决定选用一种最通用性的橡胶制品成型方法――注塑加工成型。

在成型全过程中，非牛顿的塑胶溶体在工作压力的驱动器下根据流道、进胶口向较低溫度的模貝凹模填充。这一全过程中，溶体一方面因为模貝热传导而迅速制冷，另一方面因髙速裁切造成发热量。另外，随着有溶体干固、容积收拢、趋向和很有可能的结晶体等繁杂的物态变化，乃至伴随生物大分子和由小分子水到生物大分子的化学反应。

拥有这一全过程，工程项目塑胶制品具有了优质的物理学、结构力学特性和特殊办公环境下的优异服现役性能。而这一性能则来自原材料的双组分与不一样层级的构造，包含微纳米技术构造，不一样层级的构造产生和演变又取决于冲压模具生产制造和加工工艺标准。可以说，成型全过程不但使原材料得到一定的样子、规格，并且也授予原材料最后的构造与性能。

紧紧围绕这一课题研究，从2007年始，郑大我国橡塑制品模貝工程项目研究所科学研究精英团队，开始了太空服帽子航天面窗的产品研发工作中。

在无一切工作经验效仿状况下，大家精英团队融合面窗的应用自然环境和应用作用，最终选用电子光学级聚碳酸酯做为环氧树脂，融合有限元分析技术性，设计方案生产加工精密机械制造，选用注塑加工成型方式，研制开发出太空服帽子面窗产品，并根据对最表层面窗开展纳米金镀层以隔绝外太空的紫外光。

现阶段，航天面窗已取得成功运用到神舟七号宇宙飞船航天员出舱服、神舟九号航天员仓内服上。大家的研制开发精英团队做为全国各地20个得奖团体之一，也喜获“我国载客航天工程项目杰出贡献”奖赏。

面对工作压力再次服务周到航天工作

2008年，醒神七发射成功后，中国人一直都觉得极其的自豪。殊不知，英国NASA却在2010年专业明确提出了一个关于中国航天服的汇报。这一汇报尤其强调，我国的舱外主题活动只不断了18分鐘，并沒有历经长期性的磨练。而这，变成了大家新一代航天面窗的研制开发工作中的起始点。

2012年，郑大协同我国科技进步高校、上海交大、四川大学、华南理工大学、华南理工大学、西北工业大学、中科院数学课与系统软件科学院、大连理工、东南大学、机械设备科研总医院等，担负了我国“973”方案新项目“聚合物成型仿真模拟及冲压模具生产制造中的至关重要的问题科学研究”。

新项目以新一代航天面窗研制开发为情况，紧紧围绕繁杂多局功效下聚合物原材料不一样层级形状构造的演化规律性、成型全过程中聚合物繁杂液体的跨限度测算基础理论、成型后聚合物产品性能和服现役个人行为的跨限度剖析、成型加工工艺操纵和冲压模具的非线性规划基础理论和方式等重要关键问题进行科学研究。

这一新项目最先要处理航天面窗的使用寿命和脆化难题，及其怎样从原材料―成型加工工艺―商品后处理工艺更改大分子式等各种各样方式来完成脆化性能提升。次之处理原材料―成型加工工艺―冲压模具―电子光学性能中间的关联，表明危害全透明塑件电子光学性能的分子动力学缘故及其成型造成的分子结构趋向与电子光学个人行为(所造成的光崎变)等，最终是处理极端化自然环境下商品的抗压强度分析问题等。

历经四年的科学研究，团队获得了一系列成效，并取得成功运用到在我国新一代航天面窗的研制开发中。

为了更好地提升航天面窗的耐老化性能，团队科学研究了聚碳酸酯耐热性，明确提出任意断线/尾端断链反应动力学方程来叙述溶解动力学模型全过程。另外运用较高能放射线辐照度制取出不一样网络拓扑结构的长链支化聚碳酸酯，伴随着长链支化构造的引进，及其长链支化全过程中产生的有机化学支化点及分子结构链缠结功效合理改进了聚碳酸酯的耐自然环境地应力裂开性能。

对于聚碳酸酯的紫外线辐射脆化难题，大家创建了聚碳酸酯/纳米技术二氧化钛高分子材料，选用金红石型纳米技术二氧化钛能够消化吸收和透射紫外光，另外为了更好地减少金红石对聚碳酸酯的催化反应溶解功效，最大限度提升高聚物的耐紫外线脆化性能，采用二氧化硅对纳米技术二氧化钛开展包复，合理提升了聚碳酸酯的耐紫外线脆化性能并屏蔽掉紫外光。

为了更好地操纵和管控航天面窗的电子光学性能，团队根据对聚碳酸酯产品的3D-SAXS数字信号处理，将产品中分子结构链的趋向水平与电子光学崎变开展关系，获得了注入标准与产品电子光学崎变的本质关系，表明了注入速度、溶体流动性方位及其试品內部层级与产品电子光学崎变中间的关联。

另外，团队运用注塑加工成型仿真模拟基础理论获得成型全过程的温度梯度、工作压力场的动态性遍布及其产品应力场的遍布，运用物质折光率与克分子电极化抗压强度中间关联的洛伦兹- 洛伦茨电子光学基础理论，创建起产品相对密度场和折光率场中间的关联，再运用磁感应基础理论中的菲涅尔公式，测算获得折射光抗压强度和折射光抗压强度，最终测算获得产品的透光性场。这种工作中为提升成型加工工艺，管控商品内部构造，从而操纵商品电子光学性能确立了理论基础。

为了更好地完成航天面窗的成型―构造一体化剖析，团队创建了三维的统一的气―液两相实体模型和健身运动页面跟踪的水准集方式，运用光洁颗粒流体力学方式，在拉格朗日架构下仿真模拟了航天面窗充模全过程的三维流动性个人行为。并根据聚碳酸酯原材料不一样应变率和溫度下的双轴拉申和缩小实验，创建了聚碳酸酯的拉申―缩小统一本构模型。本构模型能合理的叙述聚碳酸酯的应变率有关效用、溫度有关效用、变软、硬底化、拉申缩小性能不一样等繁杂结构力学性能特点，为有效预测分析航天面窗的服现役个人行为确立了关键基本。

伴随着在我国载客航天工程项目发展战略的第三步太空站基本建设的邻近，大家期待运用橡胶制品生产制造的新一代航天面窗不但给航天员出示了观查外太空全球的双眼，更应像保护视力一样维护着大家航天员的性命。

来源于：科学网

【免责声明】