欧航局合作开发自修复复合材料 助力未来航天器可重复使用
2026-03-06 17:15
来源:欧洲航天局
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瑞士公司CompPair和CSEM与比利时公司Com&Sens已与欧洲航天局(ESA)合作,共同改进自修复碳纤维产品,使其适用于航天运输。“卡桑德拉计划”(Cassandra)将传感器和加热元件集成到复合碳纤维材料中,使航天器能够自主修复初始阶段的损伤。该项目是欧航局未来空间运输创新研究计划的一部分,旨在寻找能够造福欧洲空间运输的创新技术。通过加热对测试样品进行 Cassandra 修复过程的红外图像。

碳纤维增强聚合物等复合材料正越来越多地应用于航天器结构中。这类材料具有强度高、重量轻、耐腐蚀等优点,但也容易受到损伤——尤其是在反复往返太空的情况下,微小的裂纹会随时间扩大。修复工作可能昂贵且耗时,并可能削弱结构完整性。

CompPair公司开发的“HealTech”复合材料具有自修复功能。通过加热材料,其内部的修复剂会被激活并重新流动,从而修复冲击或应力造成的损伤。研究团队将光纤传感器网络集成到材料中,这些传感器能够精确定位结构上的任何损伤。一旦发现损伤,材料通过集成的3D打印铝制网格加热至100至140摄氏度。

项目团队对尺寸从2×10厘米到40×40厘米的多种材料样品进行了测试。测试重点评估了材料的损伤监测、均匀加热和自修复能力。此外还进行了热冲击测试,以监测材料在低温储罐典型工况下的响应。下一阶段测试将涉及将该材料应用于更大的形状,例如完整的低温燃料箱。

欧航局的Bernard Decottignies表示:“将这项技术应用到我们的系统中,将对太空运输带来益处,有助于开发可重复使用的太空基础设施,并降低任务成本。”CompPair首席技术官Robin Trigueira指出:“我们能够为未来的航天器和运载火箭带来自主性和耐久性方面的优势,缩小科幻小说与现实之间的差距。”该公司研发主管Cecilia Scazzoli补充说,配备健康监测和加热系统的复合材料具有自主损伤感知和修复能力,能够满足推进剂储罐和可重复使用航天器结构的要求,为制造更轻、更易于维护的航天器部件铺平道路。

这种材料可以减少太空任务产生的废弃物,是可重复使用运载火箭的理想选择。该项目展示了欧洲在航天复合材料领域的创新能力。

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