7月24日14時(shí)22分，中國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)，長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭托舉當(dāng)今世界最大單體載人航天器中國(guó)空間站問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙點(diǎn)火起飛，并成功進(jìn)入預(yù)定軌道；北京時(shí)間7月25日3時(shí)13分，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙成功對(duì)接于天和核心艙前向端口。按任務(wù)計(jì)劃，神舟十四號(hào)航天員乘組隨后將進(jìn)入問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙。3D打印技術(shù)參考介紹本次發(fā)射過(guò)程及問(wèn)天艙及空間站其他系統(tǒng)3D打印技術(shù)的應(yīng)用。

航天器在軌時(shí)，沒有了大氣層的保護(hù)，在太陽(yáng)照射的情況下，表面溫度可達(dá)100℃以上，而沒有陽(yáng)光時(shí)溫度則到零下100℃以下。

作為我國(guó)尺寸最大的航天器，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙在極冷極熱的太空環(huán)境中，航天員和艙內(nèi)的各種設(shè)備一直處于20多攝氏度的舒適環(huán)境中，這得益于航天科技集團(tuán)五院空間站問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙熱控團(tuán)隊(duì)研制的熱控分系統(tǒng)。

為避免問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙成為大烤箱，熱控團(tuán)隊(duì)研制了一套目前國(guó)內(nèi)最大的“太空空調(diào)”系統(tǒng)，為問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙提供了一個(gè)舒適的溫度環(huán)境。這套“太空空調(diào)”系統(tǒng)包括量身定制的太空外衣、密閉隔艙內(nèi)的風(fēng)冷系統(tǒng)和遍布整艙的液冷系統(tǒng)。

據(jù)航天科技集團(tuán)五院?jiǎn)柼鞂?shí)驗(yàn)艙流體回路負(fù)責(zé)人王德偉介紹，團(tuán)隊(duì)為問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙研制了3套液冷系統(tǒng)，將各種設(shè)備或?qū)嶒?yàn)載荷產(chǎn)生的熱量收集并輻射到外太空，可支持?jǐn)?shù)千瓦級(jí)以上的實(shí)驗(yàn)載荷的散熱。其中一套是專門為艙外實(shí)驗(yàn)載荷進(jìn)行溫度保障的散熱回路，首次研制了四通閥技術(shù)，解決了艙外實(shí)驗(yàn)載荷安裝狀態(tài)與否對(duì)回路系統(tǒng)的影響，在重量上優(yōu)于國(guó)際空間站使用的多閥門調(diào)控技術(shù)。同時(shí)，研制人員開發(fā)了大尺寸、高效界面導(dǎo)熱材料，兼顧了艙外載荷維修和導(dǎo)熱的雙重目的。

“夢(mèng)天”、“問(wèn)天”實(shí)驗(yàn)艙——分別用于生物、材料、微重力流體、基礎(chǔ)物理等方面的科學(xué)實(shí)驗(yàn)（來(lái)自：火星學(xué)會(huì)MarsSociety）

在“太空空調(diào)”的研制中，為滿足部分特殊設(shè)備的溫度控制要求，航天科技集團(tuán)五院?jiǎn)柼鞂?shí)驗(yàn)艙熱控研制團(tuán)隊(duì)還使用了部分黑科技，包括在密閉隔艙內(nèi)使用的基于3D打印的風(fēng)冷冷卻技術(shù)、艙外設(shè)備上使用的太陽(yáng)反射率超過(guò)90%的白色外衣、石墨烯導(dǎo)熱索技術(shù)等。

空間站的結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)分系統(tǒng)猶如“太空堡壘”，讓生命得以在太空中存續(xù)。為了讓“太空之家”結(jié)實(shí)、堅(jiān)固、耐用，航天科技集團(tuán)五院空間站結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)分系統(tǒng)研制團(tuán)隊(duì)解鎖了輕量化、密封性、長(zhǎng)壽命、高可靠性、智能化的五重“設(shè)計(jì)密碼”，為空間站保駕護(hù)航。其中，輕量化是對(duì)3D打印技術(shù)的重要應(yīng)用。

“天和”核心艙——未來(lái)空間站的指揮控制中心，航天員生活的主要場(chǎng)所（來(lái)自：火星學(xué)會(huì)MarsSociety）

研究團(tuán)隊(duì)指出，結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)是空間站結(jié)構(gòu)研制過(guò)程中始終堅(jiān)持的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)從結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化、拓?fù)鋬?yōu)化、輕型材料應(yīng)用、3D打印工藝、多功能結(jié)構(gòu)等多個(gè)方面開展減重工作。從直徑4米的框體、壁板蒙皮、各類尺寸的支架，到蜂窩板里的一個(gè)金屬埋件，對(duì)每一個(gè)零件進(jìn)行減重設(shè)計(jì)，并提出了結(jié)構(gòu)加工過(guò)程中的重量控制方法，將艙體結(jié)構(gòu)成功瘦身，為其它設(shè)備和載荷提供了更多的搭載機(jī)會(huì)。

夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙段結(jié)構(gòu)圖

蒙皮點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)也已經(jīng)成熟用于航天器結(jié)構(gòu)產(chǎn)品。3D打印技術(shù)參考還于北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部在《機(jī)械工程學(xué)報(bào)》發(fā)表的一篇論文了解到，航天五院設(shè)計(jì)的一種封閉蒙皮包裹三維點(diǎn)陣層級(jí)結(jié)構(gòu)的設(shè)備支撐結(jié)構(gòu)，比采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)及制造方法的結(jié)構(gòu)減重46.4%，實(shí)物已應(yīng)用于某型號(hào)衛(wèi)星載荷支撐任務(wù)。封閉蒙皮包裹三維點(diǎn)陣的結(jié)構(gòu)形式可以有效提高支架類結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)效率，在航天器結(jié)構(gòu)輕量化方面具有推廣應(yīng)用前景。

3D打印技術(shù)參考注意到，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙已于近日完成正樣熱試驗(yàn)

西安航天發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司為此次發(fā)射提供了4組8臺(tái)120噸液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)作為助推動(dòng)力。其中也有增材制造相關(guān)技術(shù)的采用。

該公司增材制造創(chuàng)新中心磨粒流加工工藝的應(yīng)用，使一級(jí)泵葉輪鑄件流道表面粗糙度降低2倍以上，有效提升了鑄件的防銹能力，使渦輪泵的性能更加穩(wěn)定，發(fā)動(dòng)機(jī)零部件交付質(zhì)量也再上新臺(tái)階。增材制造創(chuàng)新中心陳振宇表示，“此次工藝轉(zhuǎn)化，可以說(shuō)是錦上添花，正是我們追求卓越的體現(xiàn)。”

END

航空航天是當(dāng)今世界科技強(qiáng)國(guó)競(jìng)相發(fā)展的重點(diǎn)方向之一，其發(fā)展離不開兼具輕量化、難加工、高性能等特征的金屬構(gòu)件。增材制造技術(shù)為高性能金屬構(gòu)件的設(shè)計(jì)與制造開辟了新的工藝途徑，可解決航空航天等領(lǐng)域發(fā)展過(guò)程中對(duì)材料、結(jié)構(gòu)、工藝、性能及應(yīng)用等提出的新挑戰(zhàn)。

與此同時(shí)，輕量化的材料+創(chuàng)新型的設(shè)計(jì)+3D打印，這種新模式為減重進(jìn)一步釋放了空間。材料和結(jié)構(gòu)協(xié)同制造，使?jié)M足更高要求成為可能，這種模式的使用也罕見的被航天單位所報(bào)道。