К новым достижениям, к новым вершинам! Tianhe Resin [Павильон 5.1, стенд 5X01] ждет вас на 2024 Китайской международной выставке композитов.

2021-11-12

К новым достижениям, к новым вершинам! Tianhe Resin [Павильон 5.1, стенд 5X01] ждет вас на 2024 Китайской международной выставке композитов.

Углеродные волокна в качестве современного конструкционного материала, с точки зрения тенденций развития будущих материалов, постепенно начинают заменять некоторые металлические материалы, особенно это заметно на спутниках. Благодаря постоянной оптимизации углеродных волокон высокой производительности, особенно успешной разработке углеродных волокон серии MJ с высокой прочностью и модулем, композитные материалы для антенн спутников постепенно переходят от кевлара и углеродных волокон среднего модуля к углеродным волокнам высокого модуля. В настоящее время почти все спутниковые антенны используют углеродные волокна высокого модуля, а в некоторых спутниках применение углеродных композитов достигает 85%.

1. Основная несущая структура спутника в настоящее время чаще всего изготавливается из несущих труб. Ранее несущие трубы в основном изготавливались из металлических материалов с добавлением усилителей, сейчас же широко используются углеродные композитные материалы, которые не только удовлетворяют требованиям по жесткости и прочности, но и значительно снижают массу. Кроме того, применение композитных материалов в оболочке спутника, каркасной структуре и других элементах значительно повысило уровень разработки конструкции спутника.

2. Углеродные композитные материалы имеют удельную прочность и удельный модуль, превышающие таковые у обычных алюминиевых сплавов. По сравнению с алюминиевыми сплавами, удельная прочность однонаправленных слоев углеродных композитов в 3-4 раза выше, а удельный модуль однонаправленных слоев углеродных композитов высокого модуля в 5-7 раз выше. Требования к прочности, жесткости и условиям эксплуатации спутниковых конструкций значительно отличаются от требований к конструкциям самолетов и ракет. В реальном использовании спутников высокомодульные углеродные материалы могут удовлетворить как требования по прочности, так и по жесткости.

3. В то же время высокомодульные углеродные волокна обладают отличной проводимостью и могут выполнять передачу или прием электромагнитных волн антенны в определенном диапазоне частот, а также выдерживать определенную мощность. Углеродные волокна являются проводящими материалами и могут выполнять функции отражения и приема электромагнитных волн антенны в определенном диапазоне частот. Особенно стоит отметить, что с увеличением степени графитизации углеродных волокон их проводимость также значительно возрастает; высокомодульные углеродные волокна по проводимости близки к металлическим материалам. Поэтому композитные антенны из высокомодульных углеродных волокон полностью могут удовлетворить электрическим характеристикам антенн спутников и выдерживать испытания в суровых условиях, таких как циклы высоких и низких температур и термовакуум.

4. Углеродные волокна имеют низкий коэффициент теплового расширения, и с увеличением модуля растяжения волокна коэффициент теплового расширения может принимать отрицательные значения. Основываясь на характеристиках низкого расширения, при формировании антенны можно использовать проектирование укладки углеродных волокон внутри композитного материала, что позволяет антенне достигать "нулевого расширения" как в процессе формирования, так и в реальных рабочих условиях. Спутники работают на геостационарной орбите с большими изменениями температуры: высокая температура около +120°C, низкая температура около -160°C; для антенн на борту спутников, работающих в условиях резких температурных колебаний в космосе, использование таких материалов с "нулевым расширением" для поддержания стабильности структуры и точности формы является очень эффективным.

5. Углеродные композитные материалы обладают хорошей усталостной прочностью и демпфирующими свойствами. Спутники во время запуска подвергаются вибрации и ударам от ракеты-носителя; на спутниках находятся множество прецизионных инструментов, электронных цепей, реле и т.д., которые очень чувствительны к вибрации. Используя хорошие демпфирующие свойства углеродных композитов, можно проектировать демпфирующие структуры с определенными демпфирующими характеристиками по мере необходимости.

Долговечность, высокая надежность, легкость и высокая точность являются тенденциями развития спутников; масса конструкции спутника обычно составляет менее 7%, а иногда даже 4% от общего веса спутника. Развитие материалов для конструкции спутников стремится к высокой производительности, многофункциональности, композитности, интеллектуальности, низкой стоимости и высокой совместимости с окружающей средой. Современные углеродные композитные структурные материалы являются как материальной гарантией для разработки и производства спутниковых продуктов, так и технологической основой для обновления спутниковых продуктов.