天宫一号是什么材料炼成的

　　天宫一号成功问天，人们好奇的是，这个能够耐受几千度高温、两年内将在太空与“神舟”进行三次对接的结实躯体，究竟是什么特殊材料炼成的？

　　科技日报记者联系承担部分材料研制任务的中国建筑材料科学研究总院相关专家，解析其中的奥妙。

　　天宫一号此行最重要的任务就是空间交会对接，这是举世公认的航天技术瓶颈，也是它要面临的最大的技术考验。对接任务的完成离不开其姿态控制系统，而姿控系统必须使用关键的光学材料，既能够滤紫外线，又耐宇宙线辐射、耐近千度的高温，还要有很强的抗冲击能力。据介绍，国内目前唯一能满足此类要求的，只有中国建筑材料科学研究总院提供的耐辐照石英玻璃。

　　普通玻璃乃至普通石英玻璃在高强度的宇宙射线辐照下都会变黑不透光，从而造成姿控定位的失误。在技术完全空白的情况下，1987年，顾真安院士和他的科研团队开始啃耐辐照石英玻璃这个硬骨头，通过几年的研究和反复试验，解决了在高纯石英玻璃内部进行掺杂的技术问题，攻克了高温熔融不均体、耐宇宙射线辐照等多个技术难关。1995年，“耐辐照石英玻璃”首次应用于卫星并取得了良好效果。此次用于天宫一号的玻璃，在后期热处理等工序上做了新的改进，大大提高了产品的成品率。

　　如果把天宫一号比作鸟儿，那么飞行器要像鸟儿那样轻松地飞遍千山万水并在空中变换各种飞翔姿势，就得靠资源舱了。资源舱推进分系统先进复合材料承力锥台是天宫一号的重要结构件。天宫一号空间实验室资源舱包括发动机和电源装置等，用于提供轨道与姿态控制、电力能源供应、热控环控，为轨道机动提供动力，为飞行提供能源。但是资源舱推进分系统主承力结构件外形尺寸大，可分配的结构空间和结构重量小，载荷条件苛刻，设计和制造的技术难度较大。

　　哈尔滨玻璃钢研究院使用碳纤维复合材料承力锥台结构方案，创造性地用蜂窝夹层结构与复合材料十字梁组合结构作为主承力结构件，该设计方案优于金属面板方案，解决了推进分系统结构空间小、有效载荷难以布局的难题。在产品设计、研制过程中，科研人员破解了大型复合材料结构的有限元设计方法及其在复杂载荷作用下的承载能力、主承力蜂窝夹层结构的设计计算方法等问题，攻克了产品模具设计技术、十字梁整体成型工艺、主承力高精度要求的蜂窝板成型工艺、大型复杂结构的装配工艺等一系列关键技术，满足了天宫一号承力锥台工艺制造需求。

　　碳纤维复合材料在天宫一号上的使用几乎随处可见。为满足空间光学结构的应用，作为重要承力结构件的相机支架，设计要求五“高”：尺寸精度及形位精度要求高；线膨胀系数要求高；结构弹性模量要求高，变形要微米数量级；产品基频高，达100Hz以上；重量指标要求高，研制的技术难度较大。

　　2006年，哈尔滨玻璃钢研究院承担了天宫一号碳纤维复合材料相机支架组件的研制任务。利用大型仿真分析软件建立了参数化计算模型，对复合材料构件进行优化设计，成功解决了三大技术难题：不规则、不等厚、不等宽、大截面加筋结构的工艺成型技术，复合材料加筋夹层结构的成型技术以及高精度双层加筋结构的精度控制。

　　同样，应用系统空间光学相机结构传动轴的安装支座也是主要由碳纤维复合材料制成，由碳纤维主轴、副轴轴盖、底座以及钛合金轴套等零部件组成。因为它对尺寸的稳定性要求更高，主体结构则由高模量、低膨胀系数的碳纤维制造。