自從1984年碳纖維復(fù)合材料喇叭天線支撐筒和消旋支架在東方紅2號通信廣播衛(wèi)星上首次使用以后，幾十年來，高性能纖維復(fù)合材料在國內(nèi)衛(wèi)星結(jié)構(gòu)上獲得廣泛的應(yīng)用。

近年來，應(yīng)用復(fù)合材料制成的結(jié)構(gòu)件占衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的80~85%。應(yīng)用結(jié)果表明，衛(wèi)星結(jié)構(gòu)質(zhì)量不斷減小，占衛(wèi)星總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，由原來大于15%下降到6%~7%，獲得了可觀的結(jié)構(gòu)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

碳纖維波紋殼

直徑為920mm，結(jié)構(gòu)高度為235mm，由4塊梯形波紋結(jié)構(gòu)件和上、下框組裝膠粘而成。每塊結(jié)構(gòu)件為33個(gè)波紋，采用高模量碳纖維環(huán)氧預(yù)浸料，按±45°、0°和±45°鋪疊而成。該殼與國外E公司的碳纖維波紋殼相比，軸向壓縮臨界應(yīng)力提高19%，壓縮彈性模量提高26%；與國內(nèi)TA3鈦合金波紋殼相比，在等質(zhì)量下承載能力提高90%。

碳纖雙峰波紋承力筒

質(zhì)量為25kg，是國內(nèi)早期衛(wèi)星上最大的碳纖維復(fù)合材料主承力結(jié)構(gòu)件。該產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)高度為1983mm，筒體由48個(gè)雙曲組合高效波紋(雙峰波紋)構(gòu)成封閉型筒形結(jié)構(gòu)，上段為直形筒體，內(nèi)徑1088mm；下段為錐形筒體，大端的內(nèi)徑為1166mm；筒體外部加強(qiáng)件由端框、隔框、長桁和支撐件組成；結(jié)構(gòu)各部分厚度不等，最薄為0.32mm，最厚為5.5mm，是一個(gè)變厚度薄壁整體結(jié)構(gòu)件。結(jié)構(gòu)各要素全部采用高模量碳纖維復(fù)合材料制造，采用3向整體成型工藝，將各加強(qiáng)件與筒體一次完成固化。制造技術(shù)最難點(diǎn)就在于不但要使框、長桁和各類支撐件共400多個(gè)坯件與筒體一次成型完成固化，還應(yīng)保證整體和各局部的尺寸精度。該產(chǎn)品已經(jīng)通過了一系列使用條件考核，于1994年和1997年2次發(fā)射升空，通過了飛行考驗(yàn)，結(jié)構(gòu)質(zhì)量比鋁合金件輕65%，獲得顯著的結(jié)構(gòu)效益。

碳纖維光伏邊框和衛(wèi)星天線

瀝青基碳纖維是衛(wèi)星太陽能光伏板邊框的主要原料之一，其中，以中間相瀝青基碳纖維的性能最為優(yōu)異，其具有突出的高模量和高導(dǎo)熱性。在嚴(yán)酷的外太空條件下，其彈性模量能達(dá)到800GPa以上，導(dǎo)熱系數(shù)能達(dá)到800w/m·K以上，甚至超過1000w/m·K。光伏邊框需要保整關(guān)鍵組件-太陽能光伏電池的安全，也需要低膨脹系數(shù)的邊框的加持，避免爆框。衛(wèi)星天線為保證測量精度，在工作過程中不能發(fā)生形變，也需要高模量材料。

碳纖維復(fù)合材料與鋁合金混合型加筋結(jié)構(gòu)

采用高模量碳纖維復(fù)合材料制成蒙皮、縱向帽形桁條、異型框，用鋁合金制成上、下端框和各種接頭，用粘接法將這些零件組裝成產(chǎn)品。研制出結(jié)構(gòu)高度分別為1300mm、1620mm,內(nèi)徑為1187.6mm2種加筋殼，均通過了使用條件試驗(yàn)，并用在相關(guān)衛(wèi)星上。

碳纖維復(fù)合材料面板蜂窩夾層結(jié)構(gòu)

該夾層結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量輕，高的彎曲剛度，良好的氣密性和隔熱性，可制成整體結(jié)構(gòu)，減少裝配工作量，由于具有諸多優(yōu)越性，從而在國內(nèi)衛(wèi)星結(jié)構(gòu)中獲得廣泛的應(yīng)用。東方紅2號通信廣播衛(wèi)星上，蜂窩夾層結(jié)構(gòu)主要用于太陽能電池圓柱殼和拋物面反射器。而東方紅3號通信廣播衛(wèi)星大量應(yīng)用蜂窩夾層結(jié)構(gòu)件，如能源系統(tǒng)的太陽電池陣,有6塊1720mm×2220mm碳纖維網(wǎng)格面板鋁蜂窩夾層結(jié)構(gòu)件，通信系統(tǒng)的雙柵拋物面天線反射器，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)應(yīng)用大小不等的20塊碳纖維面板鋁蜂窩夾層結(jié)構(gòu)。在資源衛(wèi)星和其它應(yīng)用技術(shù)衛(wèi)星上，夾層結(jié)構(gòu)的用量比東方紅3號還多。夾層結(jié)構(gòu)件在整星結(jié)構(gòu)中占有很大比例，減小了衛(wèi)星結(jié)構(gòu)質(zhì)量，增加了有效載荷。

來源：中國復(fù)材