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7月24日，搭載問天實(shí)驗(yàn)艙的長(zhǎng)征五號(hào)B遙三運(yùn)載火箭組合體，在中國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)點(diǎn)火起飛。問天實(shí)驗(yàn)艙發(fā)射任務(wù)是中國(guó)空間站進(jìn)入建造階段后的第三次發(fā)射。

問天實(shí)驗(yàn)艙發(fā)射后，將與中國(guó)空間站進(jìn)行對(duì)接，這也是空間站首次在有航天員的狀態(tài)下迎接航天器來(lái)訪。

值得注意的是，長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭是我國(guó)首次進(jìn)行大推力火箭“零窗口”發(fā)射，發(fā)射時(shí)間誤差將控制在一秒以內(nèi)。

除此之外，長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭執(zhí)行此次發(fā)射任務(wù)，是我國(guó)迄今為止發(fā)射的最重載荷。作為我國(guó)目前近地軌道運(yùn)載能力最大的新一代運(yùn)載火箭，其擁有長(zhǎng)達(dá)20.5米的國(guó)內(nèi)最大整流罩，近地軌道運(yùn)載能力達(dá)到25噸級(jí)。

航天員在軌迎接航天器未來(lái)也是中國(guó)空間站的常態(tài)。中國(guó)空間站之后將實(shí)現(xiàn)航天員乘組在軌輪換，這意味著航天員需要在軌迎接天舟貨運(yùn)飛船、神舟載人飛船等航天器的到來(lái)。神舟十四號(hào)航天員此次在軌迎接問天實(shí)驗(yàn)艙，將為后續(xù)任務(wù)提供經(jīng)驗(yàn)參考，特別是計(jì)劃明年發(fā)射的巡天望遠(yuǎn)鏡，也需要定期?？康娇臻g站，由航天員進(jìn)行維護(hù)。

問天實(shí)驗(yàn)艙抵達(dá)后，中國(guó)空間站的規(guī)模將進(jìn)一步增大。航天員會(huì)開啟艙內(nèi)的生命維持系統(tǒng)，組裝好科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜逐步開展空間實(shí)驗(yàn)，而新的太空授課進(jìn)程也會(huì)隨著實(shí)驗(yàn)開展在問天艙進(jìn)行。

回首中國(guó)航天事業(yè)從無(wú)到有、從小到大，已經(jīng)走過(guò)整整六十五個(gè)年頭。

六十五年來(lái)的重大事件，若只是簡(jiǎn)單將其縮影，它可以只是一段文字亦或者一張圖片，但航天人勇攀天地之梯的接力，如同圣火傳遞，在一代一代的傳承著，材料人亦是其中重要的一環(huán)。

縱觀航空航天技術(shù)發(fā)展史，屢見新材料應(yīng)用或技術(shù)突破帶來(lái)的重大進(jìn)步。借神州十三號(hào)飛天之際，新材料在線®為大家總結(jié)了航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)用材料、近10余年與新材料緊密相關(guān)的航空航天技術(shù)突破、我國(guó)材料人為航空航天國(guó)之重器書寫過(guò)的精彩篇章。

在航空航天領(lǐng)域，發(fā)動(dòng)機(jī)是重點(diǎn)，也是工業(yè)基礎(chǔ)和技術(shù)水平的體現(xiàn)。

鋁合金具有比模量與比強(qiáng)度高、耐腐蝕性能好、加工性能好、成本低廉等突出優(yōu)點(diǎn)，因此被認(rèn)為是航空航天工業(yè)中用量最起著至關(guān)重要的作用。

主要應(yīng)用位置：發(fā)動(dòng)機(jī)艙、艙體結(jié)構(gòu)、承載壁板、梁、儀器安裝框架、燃料儲(chǔ)箱等。

與鋁、鎂、鋼等金屬材料相比，鈦合金具有比強(qiáng)度很高、抗腐蝕性能良好、抗疲勞性能良好、熱導(dǎo)率和線膨脹系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)，可以在350~450℃以下長(zhǎng)期使用，低溫可使用到-196℃。

主要應(yīng)用位置：航空發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)葉片、機(jī)匣、發(fā)動(dòng)機(jī)艙和隔熱板等。

超高強(qiáng)度鋼具有很高的抗拉強(qiáng)度和足夠的韌性，并且有良好的焊接性和成形性。

主要應(yīng)用位置：航天發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、發(fā)動(dòng)機(jī)噴管、軸承和傳動(dòng)齒輪。

鎂合金是最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有密度小、比強(qiáng)度高、抗震能力強(qiáng)、可承受較大沖擊載荷等特點(diǎn)。

主要應(yīng)用位置：航天發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣、齒輪箱等。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展之快，尤其是越來(lái)越嚴(yán)苛的溫度和重量要求，漸進(jìn)提高的傳統(tǒng)材料已然不能滿足，轉(zhuǎn)而呼喚材料科學(xué)開辟新的體系，那就是復(fù)合材料。根據(jù)復(fù)合材料各自的特點(diǎn)，可用于發(fā)動(dòng)機(jī)不同的零部件上。

C/C基復(fù)合材料，即碳纖維增強(qiáng)碳基本復(fù)合材料，它把碳的難熔性與碳纖維的高強(qiáng)度及高剛性結(jié)合于一體，使其呈現(xiàn)出非脆性破壞。由于它具有重量輕、高強(qiáng)度，優(yōu)越的熱穩(wěn)定性和極好的熱傳導(dǎo)性，是當(dāng)今最理想的耐高溫材料，特別是在 1000-1300℃的高溫環(huán)境下，它的強(qiáng)度不僅沒有下降，反而有所提高。是近年來(lái)最受重視的一種更耐高溫的新材料。最顯著的優(yōu)點(diǎn)是耐高溫（大約2200℃）和低密度，可使發(fā)動(dòng)機(jī)大幅度減重，以提高推重比。

主要應(yīng)用位置：碳碳復(fù)合材料如果能夠解決表面以及界面在中溫時(shí)的氧化問題，并能在制備時(shí)提高致密化速度，并降低成本，則有望在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中得到大量的實(shí)際應(yīng)用。

目前已有部分應(yīng)用，例如美國(guó)的F119發(fā)動(dòng)機(jī)上的加力燃燒室的尾噴管，F(xiàn)100發(fā)動(dòng)機(jī)的噴嘴及燃燒室噴管，F(xiàn)120驗(yàn)證機(jī)燃燒室的部分零件已采用C/C基復(fù)合材料制造。法國(guó)的M88-2發(fā)動(dòng)機(jī)，幻影2000型發(fā)動(dòng)機(jī)的加力燃燒室噴油桿、隔熱屏、噴管等也都采用了C/C基復(fù)合材料。

陶瓷基復(fù)合材料（CMC）由于其本身耐溫高、密度低的優(yōu)勢(shì)，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用呈現(xiàn)出從低溫向高溫、從冷端向熱端部件、從靜子向轉(zhuǎn)子的發(fā)展趨勢(shì)。

CMC材料具有耐溫高、密度低、類似金屬的斷裂行為、對(duì)裂紋不敏感、不發(fā)生災(zāi)難性損毀等優(yōu)異性能，有望取代高溫合金滿足熱端部件在更高溫度環(huán)境下的使用，不僅有利于大幅減重，而且還可以節(jié)約甚至無(wú)須冷氣，從而提高總壓比，實(shí)現(xiàn)在高溫合金耐溫基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升工作溫度400～500℃，結(jié)構(gòu)減重50%～70%，成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)升級(jí)換代的關(guān)鍵熱結(jié)構(gòu)用材。

主要應(yīng)用位置：短期目標(biāo)為尾噴管、火焰穩(wěn)定器、渦輪罩環(huán)等；中期目標(biāo)是應(yīng)用在低壓渦輪葉片、燃燒室、內(nèi)錐體等；遠(yuǎn)期目標(biāo)鎖定在高壓渦輪葉片、高壓壓氣機(jī)和導(dǎo)向葉片等應(yīng)用。

先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料是以高性能纖維為增強(qiáng)體、高性能樹脂為基體的復(fù)合材料。與傳統(tǒng)的鋼、鋁合金結(jié)構(gòu)材料相比,它的密度約為鋼的1/5,鋁合金的1/2,且比強(qiáng)度與比模量遠(yuǎn)高于后二者。

主要應(yīng)用位置：航空發(fā)動(dòng)機(jī)冷端部件(風(fēng)扇機(jī)匣、壓氣機(jī)葉片、進(jìn)氣機(jī)匣等)和發(fā)動(dòng)機(jī)短艙、反推力裝置等部件上得到廣泛應(yīng)用。

金屬基復(fù)合材料主要是指以Al、Mg等輕金屬為基體的復(fù)合材料。在航空和宇航方面主要用它來(lái)代替輕但有毒的鈹。這類材料具有優(yōu)良的橫向性能、低消耗和優(yōu)良的可加工性,已成為在許多應(yīng)用領(lǐng)域最具商業(yè)吸引力的材料,并且在國(guó)外已實(shí)現(xiàn)商品化。

主要應(yīng)用位置：適合用作發(fā)動(dòng)機(jī)的中溫段部件。

在過(guò)去的10余年間，航空航天技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，新技術(shù)總是不斷涌現(xiàn)，其中屢屢出現(xiàn)新材料的身影。

盡管增材制造不是十年來(lái)的新事物，但在過(guò)去的十年中，增材制造應(yīng)用領(lǐng)域迅速上升。增材制造通過(guò)形成成百上千個(gè)層來(lái)“印刷”三維零件，從而完成了航空航天零部件的制造。

在2000年代，增材制造是一種新穎的技術(shù)。但是，隨著技術(shù)的進(jìn)步，增材制造現(xiàn)已用于使用包括金屬和聚合物在內(nèi)的多種材料來(lái)制造航空航天零部件。增材制造使工程師和航空航天制造商可以創(chuàng)建極其復(fù)雜的零件，而這些零件可能無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)的減法方法來(lái)制造。使用增材制造工藝制造的這些復(fù)雜零件可以減輕重量，提高性能并提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油效率。

在過(guò)去的十年中，航空航天業(yè)采用了幾種新材料，這些新材料正在改變航空航天船的設(shè)計(jì)方式。在過(guò)去的幾年中，航空研究人員和制造商越來(lái)越多地朝著復(fù)合材料的方向發(fā)展。

波音公司發(fā)布了787 Dreamliner飛機(jī)，徹底改變了商用飛機(jī)。該飛機(jī)的機(jī)體由大約50％的碳纖維和其他復(fù)合材料組成。像787 Dreamliner所使用的復(fù)合材料，以及在其他飛機(jī)制造商和模型中使用的復(fù)合材料在某些情況下，與由不銹鋼、鋁和鈦制成的傳統(tǒng)部件相比，具有更大的優(yōu)勢(shì)。這些優(yōu)點(diǎn)包括減輕重量、改善的耐腐蝕性和在某些情況下改善的機(jī)械性能。

航空航天材料領(lǐng)域的另一個(gè)令人振奮的新發(fā)展是使用石墨烯等納米材料。石墨烯是一種極薄的材料，可用作其他材料的涂層，具有出色的耐腐蝕性和導(dǎo)電性。石墨烯在航空航天工業(yè)中的潛在應(yīng)用包括可大大改善電氣設(shè)備使用壽命的電氣部件涂料和可用于通過(guò)電傳輸快速為飛機(jī)和其他航空航天器除冰的翼型涂料。

72年來(lái)，中國(guó)航天事業(yè)一次次突破技術(shù)難關(guān)，每一次關(guān)鍵技術(shù)的突破都承載著國(guó)人的夢(mèng)想，凝聚著中國(guó)智慧，也彰顯出中國(guó)制造和新材料不斷增強(qiáng)的實(shí)力。

1970年4月，中國(guó)第一顆人造地球衛(wèi)星“東方紅一號(hào)”在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，由此開創(chuàng)了中國(guó)航天史的新紀(jì)元，北京科技大學(xué)為其殼體用低合金超高強(qiáng)度鋼的成功研制發(fā)揮了重要作用。

2003年10月，我國(guó)第一艘載人飛船神州五號(hào)成功發(fā)射。天馬新材的電子陶瓷基板用氧化鋁，成功應(yīng)用在發(fā)射器的芯片上，與第一位航天員楊利偉一起飛入太空。
 

2020年7月，北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式開通，我國(guó)成為世界上第三個(gè)獨(dú)立擁有全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國(guó)家。佳利電子基于微波陶瓷技術(shù)，開發(fā)了北斗衛(wèi)星接收天線。

2021年5月，中國(guó)首輛火星車“祝融號(hào)”從“天問一號(hào)”飛船中分離并下降，成功降落到火星地面。西安交通大學(xué)研制出的新型鎂鋰合金用于其中。作為目前世界上最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，它幫助實(shí)現(xiàn)了探測(cè)器的輕量化，為“祝融號(hào)”長(zhǎng)期工作及著陸保駕護(hù)航。

航空航天事業(yè)正在不斷發(fā)展，中國(guó)新材料砥礪奮進(jìn)，支撐著中國(guó)制造崛起，寫下一段段令人熱血澎湃的故事。歷史證明，成功不是一夜之間的，材料人對(duì)航空航天材料不斷探索的決心絕不停止！