在距離地球400公里的浩瀚蒼穹，中國天宮空間站以每秒7.7公里的速度巡天遨游。這座由我國自主建造的“太空科學方舟”，不僅是載人航天工程的里程碑，更成為復合材料技術(shù)創(chuàng)新的“超級試驗場...

在距離地球400公里的浩瀚蒼穹，中國天宮空間站以每秒7.7公里的速度巡天遨游。這座由我國自主建造的“太空科學方舟”，不僅是載人航天工程的里程碑，更成為復合材料技術(shù)創(chuàng)新的“超級試驗場”。從核心艙的“心臟”到航天員的“太空腕表”，中國復合材料行業(yè)以顛覆性材料突破，為航天事業(yè)注入強勁動能。

一、霍爾推進器：陶瓷基復合材料的“太空首秀”

作為天宮空間站軌道維持的核心裝備，天河核心艙搭載的4臺LHT100型霍爾推進器，首次在載人航天器中實現(xiàn)電推進技術(shù)應用。其核心部件放電控采用中科院金屬研究所研發(fā)的氮化硼陶瓷基復合材料，這種被譽為“白石墨”的材料，以獨特的層狀晶體結(jié)構(gòu)，兼具低密度（2.2g/cm3）、高強度（抗彎強度≥150MPa）和抗熱震性能，可承受等離子體電離產(chǎn)生的千度高溫與離子濺射。

傳統(tǒng)化學推進器依賴燃燒推進劑，而霍爾推進器通過電子束電離氙氣產(chǎn)生離子推力，比沖提升5-10倍。氮化硼陶瓷基復合材料的國產(chǎn)化突破，不僅打破了歐美在高端陶瓷基復合材料領(lǐng)域的壟斷，更使天宮空間站每年節(jié)省約2億美元燃料成本。該材料的研發(fā)過程中，中科院金屬研究所攻克了氮化硼材料強度低、易吸潮、腔體放電不穩(wěn)定等難題，通過優(yōu)化材料配方和制備工藝，成功實現(xiàn)從實驗室到工程化應用的跨越。

與國際空間站采用的純化學推進系統(tǒng)相比，天宮的電推進技術(shù)代表了未來星際航行的方向。目前，美國的X3霍爾推進器雖推力更大（約5N），但天宮的LHT100型在可靠性和壽命上更具優(yōu)勢。

二、柔性太陽翼：“紙薄”材料的能量革命

天宮空間站的電力系統(tǒng)堪稱“太空發(fā)電站”，其柔性太陽翼采用多結(jié)砷化鎵太陽能電池片，發(fā)電效率高達30%以上，日發(fā)電量近1000 度，相當于普通家庭一個半月的用電量。更令人驚嘆的是，太陽翼發(fā)電板厚度僅0.7毫米，卻能在-120℃至150℃的極端溫差下保持穩(wěn)定。

太陽翼的核心支撐結(jié)構(gòu)采用碳化硅顆粒增強鋁基復合材料，該材料密度比鋁合金低30%，強度卻提升40%，成功解決了太陽翼伸展機構(gòu)的輕量化與可靠性難題。中科院金屬研究所馬宗義團隊通過粉末冶金批量制備技術(shù)和各向同性中厚板塑性成形技術(shù)，將坯錠生產(chǎn)效率提升5倍以上，板材成品率提高20%。此外，哈工大研發(fā)的形狀記憶聚合物復合材料，通過智能結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)太陽翼發(fā)電板在軌可控展開，無需傳統(tǒng)機電驅(qū)動系統(tǒng)，成為國際首個在軌驗證的柔性太陽能電池支撐技術(shù)。

碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的制備采用粉末冶金法，通過機械合金化工藝實現(xiàn)增強顆粒的均勻分散，其孔隙率低于1%，力學性能達到國際先進水平。上海瑞爾實業(yè)在2025年申請的相關(guān)專利，進一步優(yōu)化了該材料的制備流程，使其適用于航空航天、汽車等高端領(lǐng)域。

三、航天表：鈦合金與碳纖維的“精密舞蹈”

在神舟19號航天員9小時的出艙活動中，飛亞達航天表以精準計時成為“太空節(jié)拍器”。這款腕表采用TA15鈦合金表殼，密度僅為不銹鋼的55%，卻能承受1000℃瞬時高溫與-196℃深冷沖擊。表冠與表帶則運用碳纖維復合材料，通過三維編織技術(shù)實現(xiàn)輕量化與抗磁干擾的完美平衡。

TA15鈦合金屬于高鋁當量近α型鈦合金，其AI當量為6.58%，Mo當量為2.46%，具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和焊接性能，可在500℃下長期工作。飛亞達航天表的機芯齒輪采用陶瓷基復合材料，在真空環(huán)境下仍能保持0.5 秒/天的計時精度，其材料技術(shù)已延伸至航空發(fā)動機葉片、高速列車制動盤等領(lǐng)域。

目前，全球僅有中國飛亞達和瑞士歐米茄能為國家級載人航天任務長期提供航天表。飛亞達航天表的國產(chǎn)化突破，不僅保障了我國載人航天任務的獨立性，更推動了國產(chǎn)高端裝備制造的升級。其研發(fā)過程中，企業(yè)與中科院金屬研究所合作，攻克了鈦合金表面處理、碳纖維抗磁干擾等關(guān)鍵技術(shù)。

四、行業(yè)突破：從“跟跑”到“領(lǐng)跑”的跨越

中國復合材料工業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)顯示，2024年我國碳纖維產(chǎn)能突破20萬噸，T1100級產(chǎn)品實現(xiàn)量產(chǎn)，預浸料技術(shù)指標達到國際先進水平。在天宮空間站建設(shè)中，中復神鷹的M55J級碳纖維用于艙體結(jié)構(gòu)件，恒神股份的HF60級材料助力大型固體火箭發(fā)動機減重15%。

技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)生態(tài)

碳纖維領(lǐng)域，光威復材通過干噴濕紡工藝實現(xiàn)T1100級碳纖維的工程化生產(chǎn)，中復神鷹則在百噸級離散性能和穩(wěn)定性能上取得突破。3D打印技術(shù)方面，我國率先實現(xiàn)連續(xù)纖維增強復合材料太空3D打印，在微重力環(huán)境下完成蜂窩結(jié)構(gòu)與航天標志的打印驗證，為未來空間站在軌擴建奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

企業(yè)案例與市場拓展

恒神股份針對低空經(jīng)濟需求，開發(fā)出T800級中溫預浸料，并參與多款無人機全機結(jié)構(gòu)的研發(fā)。其四川自貢子公司投資1.4億元建設(shè)無人機配套基地，推動碳纖維復合材料在物流、外貿(mào)等領(lǐng)域的應用。此外，安泰復材、新創(chuàng)航空等企業(yè)已實現(xiàn)國產(chǎn)大飛機C919復合材料部件批產(chǎn)，并參與低空經(jīng)濟飛行器整機研發(fā)。

五、政策護航：新材料產(chǎn)業(yè)的“中國方案”

“十四五”期間，國家將碳基新材料納入戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，山西、江蘇等地獲批建設(shè)國家級碳基新材料產(chǎn)業(yè)基地。工業(yè)和信息化部通過稅收優(yōu)惠、專項基金等政策，推動碳化硅復合材料、陶瓷基復合材料等關(guān)鍵技術(shù)突破。

政策支持與地方實踐

山西省依托中國電科（山西）碳化硅材料產(chǎn)業(yè)基地，推動8英寸N型碳化硅襯底的量產(chǎn)，預計2025年投產(chǎn)產(chǎn)值達30萬片。江蘇省則通過“技改九條”“技改專項貸”等政策，支持高性能復合材料項目建設(shè)，2024年下達專項債務11億元用于涪陵區(qū)重大項目。

國際合作與標準引領(lǐng)

我國積極參與國際標準制定，推動碳纖維、碳化硅等材料的技術(shù)標準國際化。同時，通過“一帶一路”合作，向發(fā)展中國家輸出復合材料技術(shù)，提升中國在全球產(chǎn)業(yè)鏈中的話語權(quán)。

六、未來展望：從近地軌道到深空探測

隨著牛級（牛頓級別）霍爾推進器、太空3D打印等技術(shù)的迭代，復合材料將持續(xù)賦能深空探測、空天往返等戰(zhàn)略領(lǐng)域。例如，石墨烯航空電池能量密度提升50%以上，有望為月球基地提供高效能源；超材料技術(shù)則可能實現(xiàn)航天器的隱形與高效通信。

技術(shù)路線圖與挑戰(zhàn)

短期內(nèi)，我國將聚焦復合材料的輕量化、耐高溫、抗輻射性能提升；中長期目標則是實現(xiàn)材料的智能化與自修復功能。然而，高端材料的成本控制、大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化以及國際技術(shù)封鎖仍是主要挑戰(zhàn)。

產(chǎn)業(yè)協(xié)同與人才培養(yǎng)

復合材料的發(fā)展需要“材料-設(shè)計-制造”全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同。高校與企業(yè)應加強產(chǎn)學研合作，培養(yǎng)跨學科人才。同時，政府需進一步優(yōu)化政策環(huán)境，引導社會資本投入基礎(chǔ)研究和中試轉(zhuǎn)化。

從氮化硼陶瓷基復合材料的“太空心臟”，到形狀記憶聚合物的“智能翅膀”，中國復合材料行業(yè)正以天宮空間站為舞臺，書寫著“材料強國”的新篇章。未來，隨著技術(shù)的持續(xù)突破，復合材料將為人類探索宇宙提供更輕、更強、更智能的“中國方案”。

參考資料：中國載人航天工程辦公室、中國復合材料工業(yè)協(xié)會、中科院金屬研究所等