航天硬核新突破！沈阳自动化所攻克 CF/PEEK 复合材料在轨制备与连接关键技术

当下航天领域发展步伐不断加快，空间太阳能电站、超大口径深空探测天线、各类在轨服务大型平台等超大型空间设施，已然成为行业重点发展方向。以往我们惯用的地面整体预制成型，再依靠运载火箭发射送入太空的建造模式，如今渐渐显露诸多局限。 受限于运载火箭整流罩固有尺寸，再加上火箭升空过程中严苛的发射过载条件，这种传统方式根本无法满足数百米甚至公里级超大航天结构的建造部署需求。也正是在这样的行业发展现状之下，无需提前折叠收纳、不受运载设备尺寸约束，能够直接在太空环境中完成构件制作、拼接组装的在轨建造技术，顺理成章成为下一代高端航天装备研发的核心发力点。 依托深厚的科研积淀，中国科学院沈阳自动化研究所联合相关合作单位，在大型空间结构在轨建造技术领域迎来重磅技术突破。团队成功研发出碳纤维聚醚醚酮也就是 CF/PEEK 复合材料管状单元拉挤成型搭配激光透射焊接一体化全新技术，为太空大型桁架类结构实现在轨自动化搭建，送上了兼具轻量化、高强度与高服役稳定性的全新技术方案，这项亮眼的科研成果，也正式刊发在国际知名权威期刊 Space: Science & Technology 之上。 想要顺利实现太空在轨搭建，首先要解决两大核心技术难关，其一就是高性能结构单元的高效量产制备，其二便是不同构件之间稳固可靠的无缝连接。针对这两大难题，科研团队摸索出一套成熟完善的全新技术实施路线。 团队选用性能优异的 CF/PEEK 热塑性预浸带作为基础原材料，借助连续拉挤成型工艺打造出中空管状航天基础构件。在研发试验阶段，研究人员反复调试试验，细致梳理成型温度、设备拉挤速度等多项参数对成品力学性能造成的影响，最终敲定最优生产工艺标准。经由这套工艺制作而成的复合管件，不仅具备超高比强度与结构刚度，还拥有出色的太空极端环境耐受能力，完全能够满足航天器长期在轨稳定服役的严苛使用标准。 在构件拼接连接环节，研究团队跳出传统连接思维，创新采用 3D 打印高透光 PEEK 专用接头，搭配成熟的激光透射焊接工艺，顺利完成管件与接头之间高精度、一体化的高强度稳固连接。这种新型连接方式属于非接触式加工，拼接成型后整体受力均匀，作业效率也十分出众。 相比航天领域以往常用的粘接拼接、机械紧固件连接等方式，新技术彻底规避了胶接工艺长期太空环境下易老化失效，机械连接自重偏大、整体结构稳定性不足等各类弊端，成型后的焊缝结构牢固稳定，各项性能指标均可满足大型空间结构长期承载使用需求。 为了充分验证整套技术落地应用的实际工程价值，科研团队依托这套自研工艺体系，顺利完成抛物面天线桁架缩比样机的全套集成制造工作。从基础复合材料原料调配、构件一体成型加工，再到精准焊接拼接与整体结构装配，实现全流程顺畅贯通，实打实印证了这套技术完全适配太空在轨自动化建造的实际应用场景。 此次刊发的相关学术论文，以 Manufacturing and Joining of Composite Units for On-Orbit Construction of Large Structures in Space 为主题，沈阳自动化研究所博士后李玉新担任论文第一作者，骆海涛研究员为通讯作者，本次相关科研工作，也得到了研究所基础研究计划项目的大力扶持。 一直以来，沈阳自动化研究所空间自动化技术研究室旗下的空间结构动力学及优化设计团队，始终深耕于大型空间结构在轨建造技术研发与高端复合材料航天场景应用两大领域，持续推动先进复合材料制造工艺和航天工程实际应用深度融合。 随着这项 CF/PEEK 复合材料一体化制备与连接新技术不断优化成熟，未来必将进一步打通超大尺寸空间设施在轨建造的技术壁垒，助力我国航天大型在轨装备建造技术向着更高效、更轻便、更可靠的方向稳步迈进，为深空探测、空间能源开发等前沿航天事业发展筑牢坚实的技术根基。