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金属基复合材料国家重点实验室在“嫦娥三号”和“玉兔号”月球车工程中做出重要贡献
发布日期:2013-12-19

在月球上中国人的第一行足迹

     2013年12月2日,“嫦娥三号”探测器从西昌卫星发射中心发射成功,并于2013年12月14日首次实现了月球软着陆;15日着陆器和月球车实现分离,“玉兔号”月球车开始月面巡视和相互摄影。“嫦娥三号”作为我国探月二期工程的主任务,是我国航天器首次在地球以外天体实现软着陆和巡视探测活动,是探月工程“绕、落、回”三步走中承前启后的关键一步。
      上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室为我国探月工程研制了多种高性能铝基复合材料及构件,并成功应用于“玉兔号”月球车的行走机构和“嫦娥三号”光学系统,为国家高科技发展做出重要贡献。据中央电视台新闻直播报道:月球车筛网棘爪做轮子,越野避障样样行

高性能铝基复合材料棘爪    

      行走机构是“玉兔号”月球车开展月球移动探测的关键和难题之一。 “玉兔号”月球车在月面上开展巡视工作,要面临恶劣复杂的空间环境和复杂未知的地形地貌的考验,因此对其移动分系统的要求极其严苛。如月球上的“白天”温度高达120℃,而月球上的“黑夜”的温度低达零下200℃。如此大的温差会使构件产生热应力及热变形。此外,月球车行走机构在进行越障、爬坑、爬坡等动作时,要承受各种碰撞、挤压、摩擦、磨损等。因此,必须采用轻质、刚性好、耐磨、抗冲击、性能稳定的新型材料。针对应用需求,上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室研制了具有重量轻、高刚度、高耐磨、耐冲击、尺寸稳定的新型铝基复合材料,解决了传统材料无法做到的难题。突破了加工过程中的关键技术难题,先后为用户单位研制和提供了1150个构件,并通过了各种试验考核,成功装备于“玉兔号”月球车的行走机构,从而为“玉兔号”月球车在月面上自由行走提供了保障。
      星载光学仪器的任务要求其必须具有很高的分辨率和稳定的光学性能,这就要求对结构与器件进行优化设计时,所用材料必须具有足够的尺寸稳定性和良好的刚性等优异的综合性能。根据应用需求,上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室研制了具有重量轻、刚度高、尺寸稳定性好的铝基复合材料,为有效解决星载光学仪器要求高分辨率和高稳定性的难题做出了重要贡献。先后为航天部门提供了十余种构件,并通过了各种试验考核,成功装备于“嫦娥三号”的多种遥测遥感仪器上,为“嫦娥三号”成功发射、运行和完成各项任务做出重要贡献。
      多种高性能铝基复合材料的研制成功并投入实际应用凝聚了金属基复合材料国家重点实验室三代人、三十多年的努力和心血。自1978年来由张国定教授领衔,在国内率先开展了铝基复合材料的研究,实验室形成了以张国定、张荻、王文龙和欧阳求保教授为核心的老中青的铝基复合材料研究团队。研究团队先后承担了张荻教授作为首席科学家的国家“973”项目“先进金属基复合材料制备基础”、国家863、自然科学基金和多项国家XX项目等项目。在这些国家大项目支持下,研究团队对铝基复合材料开展了长期、系统和深入的基础和应用基础研究,并取得重大进展:解决了材料组分优化设计、复合与制备过程中的复合组织与界面形成和演化规律、微观结构与力学性能之间的耦合响应机制、加工和应用中的诸多关键科学问题和关键技术难题;自行设计和建立了材料复合制备平台,解决了材料制备的瓶颈;研制出的铝基复合材料性能与国际领先水平相当;建立了国内第一个航天用铝基复合材料的技术标准。
      多种高性能铝基复合材料的研制成功打破了国际技术封锁和材料禁运,实现“零”的突破,研制的铝基复合材料已经成功应用于国家重要领域的多个重大工程;目前,铝基复合材料是我国重要领域用关键材料之一,实验室已成为我国轻质高强铝基复合材料主要研发和制造基地,为我国高科技发展和维护国家安全作出了重要贡献。

高性能铝基复合材料棘爪

着陆器和月球车正在分离

“玉兔号”月面巡视

 

金属基复合材料国家重点实验室(上海交通大学)
2013-12-16