复合材料在空间遥感器中的应用进展及关键问题

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaMay252015V01．36No51385—1400ISSN1000—6893CN11—1929／Vhttp：dhkxbbuaa．edu．CFIhkxb@buaaedu．C13DOI：10．7527／S1000—6893．2014．0330复合材料在空间遥感器中的应用进展及关键问题章令晖*，陈萍北京空间机电研究所，北京100094摘要：复合材料凭借其优异的性能已成为空间遥感器的重要材料，包含树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料以及碳／碳复合材料在内不同类型的复合材料皆有大量成功应用的实例。材料和工艺的更新

2、发展，对于空间遥感器系统性能提升或者功能拓展都有着积极的意义。然而从工程化应用水平来看，目前尚处于替代传统材料满足型号产品需求的较低阶段。对空间遥感器所用材料的性能进行了对比与评价，介绍了复合材料在空间遥感器各主要部件中的应用情况，总结了适用于空间遥感器的复合材料及其成型工艺，并对复合材料在工程化应用中的关键技术问题作了进一步探讨，最后对空间遥感器发展对复合材料的需求作了展望。关键词：空间遥感器；材料体系；复合材料；工程应用；成型工艺中图分类号：V45；TB332文献标识码：A文章编号：1000—6893(2015)05—1385—16“一代新材料、一代新装备”，材料和工艺乃是空间遥感器发展的

3、重要基础和先导技术。没有材料和工艺的支撑，空间遥感技术的发展无从谈起。当然，空间遥感技术的深刻变革，也引领和推动着材料和工艺的更新换代口。2]。传统金属材料远不能满足目前的需求，20世纪90年代起北京空间机电研究所较早在一些光学遥感器结构中采用复合材料替代金属材料，例如资源一号卫星相机遮光罩、资源二号卫星相机镜筒以及杆系支架等。近20年来，随着原材料和复合工艺的发展，复合材料(主要是先进树脂基复合材料)在空间遥感器中的应用有了长足的进步。最近两年发射的资源三号卫星、高分一号卫星及高分二号卫星所搭载的遥感器，都大量采用了复合材料和复合结构，复合材料化程度进一步提高∞]。复合材料在空间遥感器系统中

4、的应用从无到有，发展成为与金属材料、无机非金属材料并列的常用材料体系之一，甚至作为某些关键部件的首选材料，无不显示出复合材料的巨大优势和潜力[4]。从空间遥感器目前所用复合材料的类型来看，已覆盖树脂基复合材料(PolymerMatrixComposites，PMC)、金属基复合材料(MetalMa—trixComposites，MMC)、陶瓷基复合材料(Ce—ramieMatrixComposites，CMC)以及碳／碳(c／C)复合材料等各种类型，几乎包含了复合材料的所有门类。从复合材料在空间遥感器中的应用范围来看，也涵盖了镜身、支架、遮光罩、反射镜、焦平面等主要部件。然而，复合材料在性能、

5、设计、制造方面有别于传统材料，空间遥感器系统对结构材料的需求与航天器本体亦有很大的区别口]。本文结合空间遥感器的特殊要求，详细介绍了复合材料在空间遥感器各主要部件中的应用情况，并就PMC、MMC、CMC等材料在工程化应用中的关键技术问题作了尝试性探讨。收稿日期：2014—10-19；退修日期：2014-11—17；录用日期：2014．11-25；网络出版时间：2014—12．1107：49网络出版地址：www，cnki．net／kcms／detail／107527／$1000—68932014．0330．html*通讯作者．Tel：010-68383037E—mail：zhanglh98@16

6、3com弱用撂武

7、ZhangLH，ChenP，ApplicationprogressofcompositesinspaceremotesensoranditskeyproblemsfJJ．ActaAeronauticaetAs—tronauticaSinica。2015．36(5)：1385-1400．章令晖．睬萍复合材料在空闻遥感器中的应用进展及关键问题!J]．航空学报．2015，36(5)：1385-1400．1386航空学报May252015V01．36No．51空间遥感器结构材料的评价与选择空间遥感器对材料的要求是材料选择的前提条件。尽管在航天器上搭载方式不尽相同，但出于探测和收集信息

8、的需要，遥感器位于航天器的外部或者远端，或者位于舱内仍有窗口。对于大型遥感器而言，直接裸露于太空是一种最为节约资源的方案。相较其他分系统，遥感器所承受的空间环境也更为恶劣，高真空、恶劣的温度、电磁辐射、原子氧等，都会影响其成像效果或者探测性能[6{]。总体而言，遥感器系统对结构材料的要求重点体现在质量、力学性能(尤其是刚度)、尺寸稳定性、耐空间环境性等几个方面。材料选择是个复杂的问题，材料的各项属