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中小功率应用

神州八号上可能应用到的激光技术

2011-11-04 返回列表

  “神州八号”的成功发射,并与 “天宫一号”的顺利对接,为中国2020年左右建成空间站迈出关键一步。我国的航天技术再次获得重大突破,其中,激光技术在航空航天领域内的应用功不可没。

   那么,神州八号上可能用到哪些激光技术呢?经过分析,可能有以下几方面采用了此项技术:

 

                                                                         神舟八号结构示意图

 

(一) 发射装置及飞船内部电子仪器的精密焊接 

  这是激光在航空航天领域应用的最广泛的技术,由于激光焊接相对于电子束、等离子束和传统焊接方法有自己独特的优势,如能量密度高、热影响区和变形区小、可焊接不同材料的组合、具有高的柔性等,再加上密封性好、适合在真空等特殊环境下加工,因此激光焊接在航天航空器件中得到广泛应用,如传感器、密封件、钽电容等。

 

  比如,华工激光生产的高精密激光焊接机,在贵州某军工企业应用于焊接钽电容器件,这种钽电容器件用于神八宇航飞船发射装置及飞船内部仪器。这种军用钽电容采用了特殊合金外壳,需要在纯氮环境下实施密封焊接。针对这一特殊应用,华工激光有针对性的研发了真空手套箱激光焊接系统,对产品实现了完美焊接。

 

(二) 飞船外壳及特种合金零部件的切割加工

  在航天航空设备的制造中仅外壳的设计就需要多次反复试验,由于外壳采用特殊金属材料制成,强度高、硬度高、耐高温,普通的切割手段很难完成材料的加工,激光切割作为一种高效加工手段而得到广泛应用。

  激光切割技术是一种摆脱传统的机械切割、热处理切割的全新切割法,能将能量聚焦到微小的空间,从而获得极高的辐照功率密度(105~1015W/c m2),从而具有更高的切割精度、更低的表面粗糙度值、更灵活的切割方法和更高的生产效率等特点。

  另外,在神州八号飞船中,内部的零部件也同样大量采用铝合金、钛合金、耐高温合金等特种合金,结构形状复杂,成形要求精确,而大功率激光切割机加工技术的引进,能提高加工的质量,降低模具投资成本,缩短生产周期,特别适用于复杂零配件加工。

  该零配件加工采用的就是高功率激光切割机,如今国产化大功率激光切割机加工技术已具备国际先进水平,去年,华工激光法利莱制造的Contour DM数控激光切割机在西安某军工企业采购激光切割机项目中一举中标,打破了进口大功率激光切割机垄断特种合金和飞机发动机零配件加工领域的格局。

  另外,由于飞船在大气层中飞行会产生很大的热量,在飞船内需要有许多包覆层来实现隔热,为了在温度上升过程中顺利的将包覆层之间的空气排出,需要在包覆层上面均匀分布很多微细的小孔,华工激光针对这一应用并结合自身的薄型材料激光切孔专利开发的自动激光切孔机已经应用到包覆层切孔上。

 

(三)太阳电池片划片

  飞船脱离运载火箭顺利进入太空后,展开后的太阳帆板相当于一个小型发电站,通过将太阳能转换成电能,来为飞船上的电器设备提供能源。飞船上虽备有应急电源,但支持的时间有限,所以主要还是依靠太阳帆板提供电能。

  这一次,神舟八号飞船电源帆板采用了新的太阳电池片:三结砷化镓新型电池,原来从神一到神六采用的是单晶硅太阳电池,以前只能达到14.8%的光电转换效率,而神八和“天宫一号”采用的都是转换效率达到26.8%的高效三结砷化镓太阳电池。因此,发电能力提高了50%。

  这种电池的衬底通常为锗(Ge),在进行叠层的外延生长之前,需要对衬底进行划片处理。衬底划片的质量直接影响电池的性能。

  激光划片技术,特别是短波长激光如绿光/紫外激光,其加工热影响区小,划线质量优越。无接触式加工避免刀片加工产生的应力,可以有效提高衬底的优等品率,同时对电池性能也有很大的改善,因此在太阳电池片制造过程中获得广泛应用。

 

(四)  航天零部件的打标

  军工产品、航空航天零部件要求进行高质量的跟踪,零部件的打标也通常使用激光打标来完成,如航天用传感器、航天用刀具等。激光打标因其标记的内容不可擦除,耐酸碱腐蚀,不会被有机溶剂溶解,因此被广泛应用于航天及军工产品的质量追踪等。

 

  除此之外,飞船还可能使用激光进行金属板毛化、材料表面强化等。

 

  交会对接对建立空间站、运送航天员、补给物资,乃至太空救援至关重要,完全掌握这项技术有助登临月球以及地外行星。此次交会对接任务完成后,神舟飞船将逐步形成状态固化的天地往返载人飞船,组批投产。随着中国的航空工业以令人惊叹的速度大跨步的向前进,激光在航天航空领域的应用,也会越来越广泛和深入。

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