高性能玄武岩混杂复合材料与结构关键技术研发及产业化

需求的背景和应用场景

随着太空探索活动的日益频繁和深入，航天器在极端太空环境中面临的挑战也日益严峻。特别是高速撞击、高辐射、高低温交变等复杂条件，对航天器的防护结构和材料提出了极高的要求。传统材料在这些极端环境下往往难以胜任，存在可靠性低、耐久性不足等问题。因此，研发高性能玄武岩混杂复合材料及结构关键技术，对于提升航天器的防护能力、确保其在恶劣环境下的稳定运行具有重要意义。该技术需求旨在解决航天器在太空环境中面临的抗辐照、抗冲击等痛点问题，为卫星平台等航天器提供轻量化、高可靠性、抗疲劳性能和长期稳定性的复合材料解决方案。

要解决的关键技术问题

1. 抗辐照、抗冲击机理及撞击后碎片处理机制：需深入揭示柔性抗辐照复合材料在太空环境中的抗辐照、抗冲击机理，研究复合材料在高速撞击下的碎片处理机制，以及其在极端环境下的动态响应特性和失效模式。通过理论分析、实验验证等手段，确保防护结构在恶劣环境下的可靠性和耐久性。
2. 多热力耗散机制耦合模型构建：结合热力学、力学和材料科学的交叉理论，构建多热力耗散机制耦合模型。模拟复合材料在热-力耦合作用下的能量耗散与应力分布规律，为复合材料的结构设计提供科学依据。同时，开发适用于卫星平台的超薄复材结构设计方法，确保结构在满足轻量化要求的同时，具备高可靠性、抗疲劳性能和长期稳定性。
3. 低孔隙率复合材料制备工艺优化：发展低孔隙率复合材料的制备工艺，通过先进的纤维编织技术、树脂浸渍工艺和成型工艺的优化，提升材料的致密性和均匀性。同时，优化材料的热导率、机械强度和抗辐照性能，确保其在太空环境中的抗辐射性能和结构完整性。此外，还需提升材料的抗高温烧蚀能力、抗热震性能和长期服役性能，以满足航天器长期稳定运行的需求。

效果要求

该技术需求的实施将带来以下效果：

• 提升航天器防护能力：通过研发高性能玄武岩混杂复合材料及结构关键技术，显著提升航天器在太空环境中的抗辐照、抗冲击能力，确保其在恶劣环境下的稳定运行。
• 实现轻量化设计：开发适用于卫星平台的超薄复材结构设计方法，满足轻量化要求的同时，保持高可靠性、抗疲劳性能和长期稳定性，降低航天器发射成本。
• 提高材料性能：优化复合材料的制备工艺，提升材料的致密性、均匀性、热导率、机械强度和抗辐照性能等关键指标，确保其在太空环境中的长期服役性能。
• 增强技术创新和竞争优势：该技术需求的成功实施将推动航天材料领域的技术创新和发展，提升我国在航天领域的国际竞争力。