太空环境下电子束原位制造技术

美国国家航空航天局（NASA）载人探索计划的提出给载人登月和载人火星等带来了机会和风险,NASA的工程师和科学家正在开展在月球或火星表面利用当地提炼的材料进行原位制造工艺技术的研究。首先,介绍了太空原位制造和修复（ISFR）技术的概念和特点,结合该技术的发展背景,介绍了电子束原位制造技术的概念、特点以及在太空环境下应用的优势和潜力。然后,根据所用原材料和成形工艺原理的不同,电子束原位制造技术又分为电子束熔融（EBM）和电子束自由成形制造（EBF³）技术两个分支,分别介绍了这两个分支技术的概念、原理、特点以及采用该技术研制出的零件的性能,结合硬件设备的情况介绍了在太空环境下应用的适用性,同时也详细介绍了NASA利用兰利研究中心的C-9抛物线飞行试验系统进行电子束原位制造微重力试验的研究成果、试验数据和未来的发展趋势。最后,结合中国未来空间事业发展的需要,提出了关于发展太空环境下电子束原位制造技术的设想与建议。     

航空航天用增材制造金属结构件的无损检测研究进展

增材制造技术成形工艺的特殊性给无损检测带来了新的挑战,存在各向异性和检测盲区大等问题。为此,国内外研究者开展了增材制造金属结构件的无损检测方法研究。简要概述增材制造技术在航空航天领域的应用情况,同时结合无损检测各方法应用特点,介绍针对增材制造金属结构件的超声、射线、工业CT和荧光渗透等多种无损检测方法的应用和研究现状,分析总结了相关无损检测标准,并指出了增材制造金属结构件无损检测未来的发展方向,即高精度无损检测技术、原位监测方法和标准化体系的构建。     

空间3D打印技术现状与前景

空间制造能力对太空探索具有重要意义,空间3D打印是实现空间制造的一项关键技术。阐述了空间制造的起源以及空间3D打印的技术现状,围绕着3D打印材料、工艺及空间环境适用性等问题,分别讨论了面向空间舱内环境、在轨原位环境、星球基地环境下空间3D打印技术的研究进展,提出了面向空间应用的高性能复合材料3D打印、多自由度3D打印等工艺方法,以应对空间环境的多重需求。分析并指出了实现空间3D打印技术面临着空间极端温差环境、能源利用、材料来源与性能等技术挑战;围绕我国空间站建设与月球探索工程,讨论了我国空间3D打印技术的发展前景与可能的实施途径。     

电火花沉积技术研究进展及其在航空制造中的应用

电火花沉积作为一种新兴的表面处理技术,由于热量输入小、对基体热影响和变形小,涂层与基体结合牢固、不易剥落,广泛应用于航空航天等行业零部件的表面强化,以及失效零部件表面的修复。介绍了电火花沉积技术的原理与特点,对近年来国内外电火花沉积技术的进展进行了总结,分析了电火花沉积技术在航空制造领域中的应用,就当前电火花沉积技术存在的问题提出了加快其研究与发展的建议。     

激光金属沉积技术研究现状与应用进展

增材制造是融合材料科学、机械自动化及信息技术的先进制造技术,在近30年的发展中,发挥着越来越重要的作用。激光金属沉积(Laser metal deposition,LMD)是基于定向能量沉积(Directed energy deposition,DED)的一种增材制造技术,在近年来受到广泛关注和研究。阐述了LMD技术的基本工作原理及系统组成,重点介绍LMD技术国内外研究进展及应用现状,列举了一些基于LMD的工艺技术开发及装备研发制造,指出了LMD技术在成形效率和成形精度、工艺稳定性及性能一致性等方面的不足。最后,总结了LMD技术未来的5个发展趋势:材料体系集约化、工艺参数系统化、成形过程高效化、设备集成智能化和应用领域广泛化。     

SLE服务模型及应用研究

空间链路扩展(SLE)服务将CCSDS空间链路协议扩展到地面要素之间,完成空间链路数据单元在空间链路信道和地面用户之间的传输,从而建立标准的空间数据传输与管理接口,降低了数据交换业务在技术、管理以及操作方面所需的代价。本文研究了SLE参考模型和其2个重要服务RAF和CLTU,并在"嫦娥一号"绕月探测工程中进行了应用,实现了基于SLE技术的CLTU和RAF服务。     

民用飞机起落架激光/电子束增材制造技术应用研究

增材制造是先进制造技术的发展方向之一,民用飞机增材制造技术的应用取决于增材制造技术和适航验证技术的成熟度以及材料标准体系的完善度,对民用飞机起落架典型结构所用的A-100、TC18材料进行了激光/电子束增材制造技术应用研究,建立满足适航要求的材料与工艺认证、力学性能表征、内部质量控制与无损检测评价体系。     

增材制造——面向航空航天制造的变革性技术

增材制造技术在航空航天应用方面具有单件小批量的复杂结构快速制造优势,未来将向着设计、材料和成形一体化方向发展。分析了增材制造在航空航天领域应用发展的3个层面,以航空发动机涡轮叶片增材制造、高性能聚醚醚酮（PEEK）及其复合材料、连续纤维增强树脂复合材料及太空3D打印为主题,介绍了增材制造技术国内外以及西安交通大学的研究状况。涡轮叶片应用增材制造工艺可以有效提高效率降低成本,未来向高性能的高温合金和陶瓷基复合材料增材制造技术发展。高性能轻质聚合物PEEK及其复合材料增材制造在高力学性能结构件、吸波功能件的成形中得到应用,将改变现有的设计与材料,推动结构与功能一体化发展。连续纤维复合材料增材制造将带动无模具纤维复合材料成形的新发展,在太空3D打印将改变未来航空航天制造模式。增材制造技术将给航空航天制造技术带来变革性发展。     

基于网络编码的空间DTN LTP协议改进

随着空间通信技术与应用的不断发展,空间DTN (Delay Tolerant Network,容延迟网络)中节点之间数据传输的重要性日益明显。针对空间DTN的可靠信息传输需求,首先介绍了空间DTN的特点及信息传输协议体系,并对LTP (Licklider Transmission Protocol,立克里德传输协议) 进行了重点分析。然后针对空间DTN中LTP协议的缺点和不足,研究提出了基于网络编码的空间DTNLTP传输协议改进策略——NC-LTP协议,并通过数学仿真对算法性能进行了分析评估。仿真结果表明,相比于LTP协议,NC-LTP协议在不同信道传输时延、不同丢包率等条件下的适应性方面表现出较大的优势,因此NC-LTP协议更适用于具有高动态特性、高信道误码率、带宽受限的空间DTN环境。     

CCSDS航天器在轨接口业务标准化工作综述

介绍了CCSDS(空间数据系统咨询委员会)SOIS(航天器在轨接口业务领域)的各工作组工作现状以及开展的标准建议书情况,分析了已经完成的和正在开展的标准化工作,并研究了该领域的体系结构发展、无线通信标准以及即插即用标准的技术内容。     

空间站高温固液相变蓄热容器的实验研究

相变材料(PCM)容器是空间太阳能动力装置吸热—储热器的关键部件。吸热器的蓄/放热性能及其寿命取决于PCM容器的设计与制造是否可靠。文中对PCM容器的结构设计及其制造工艺、PCM的充装工艺、PCM的熔化—凝固特性和空穴的形成、PCM熔点及相变潜热的测量以及PCM与容器材料的相容性这些关键问题进行了试验研究。      

Space colonization

A series of workshops were sponsored by the Physical Science Division of NASA's Office of Biological and Physical Research to address operational gravity-compliant in-situ resource utilization and life support techologies. Workshop participants explored a Mars simulation study on Devon Island, Canada; the processing of carbon dioxide in regenerative life support systems; space tourism; rocket technology; plant growth research for closed ecological systems; and propellant extraction of planetary regoliths.     

Space colonization

NASA interest in colonization encompasses space tourism; space exploration; space bases in orbit, at L1, on the Moon, or on Mars; in-situ resource utilization; and planetary terraforming. Activities progressed during 2002 in areas such as Mars colonies, hoppers, and biomass; space elevators and construction; and in-situ consumables.     

大口径碳纤维复合材料天线反射器模具在位测量技术

针对碳纤维复合材料模具修形过程中的型面精度测量,研究一种基于机器人和激光跟踪三维测量系统的在位测量技术。通过测量轨迹规划、坐标系变换,关联在位测量系统中的各个单元,实现两个系统的运动-跟随-采样的连续动作,完成模具型面点云的自动高效采样。在此基础上,研究抛物面型面精度评价算法,实现实测点云和理论模型的最佳拟合,从而获得模具型面精度。结果表明:利用在位测量技术,测量效率大幅提高,型面精度的数值和图形结果能够辅助模具的高效修形。     

Ultra-lightweight space power from hybrid thin-film solar cells

The development of hybrid inorganic/organic thin-film solar cells on flexible, lightweight, space-qualified, durable substrates provides an attractive solution for space power generation with high mass specific power (W/kg). The high-volume, low-cost fabrication potential of organic cells will allow for square miles of solar cell production at one-tenth the cost of conventional inorganic materials. Plastic solar cells take a minimum of storage space and can be inflated or unrolled for deployment. We explore a cross-section of NASA in-house and sponsored research efforts that aim to provide new hybrid technologies that include both inorganic and polymer materials as active and substrate materials. For NASA applications, any solar cell or array technology must not only meet weight and AMO efficiency goals, but also must be durable enough to survive launch and space environments. Also, balance of system technologies must be developed to take advantage of ultra-lightweight solar arrays in power generation systems.     

热塑性复合材料原位成型过程铺层间结合强度

连续纤维增强热塑性复合材料自动铺放原位成型可以实现结构件在制造过程中一次成型，而不需进入热压罐后处理，属于"非热压罐"制造技术，故原位成型过程中铺层间的结合强度将直接决定最终结构件的性能。通过建立铺层间紧密接触模型及高温高压下分子链扩散模型，预测原位成型过程中铺层间的结合强度与成型工艺参数之间的关系，对原位成型工艺参数进行优化，并通过试验验证模型的正确性。试验结果表明，模型预测结果与试验结果基本相符，通过计算发现，压辊压力达到1500 N时，铺层间的紧密接触度才能达到1；通过提高升温速率的方式缩短分子链的扩散时间；原位成型试片的层间剪切强度（ILSS）仅达到热压罐成型的70%左右，因此还需对原位成型试片性能的其他影响因素进行分析。     

Fiber lasers: A future technology for lasers in space

The constraints of operation in space have largely precluded the use of conventional solid-state laser systems for applications including remote sensing, communication relays, and active laser radars. A new technology, fiber lasers, may offer all of the needed features at an affordable price. An appealing aspect of the fiber laser is that it does not need a rigid optical bench. Only the output end of the fiber need be held in rigid reference to the optical tracking system. Design, fabrication, and testing of the laser resonator is generally the most expensive and longest lead part of the effort for conventional solid-state lasers. Advances in fiber optic technology and devices mean that the "fiber laser" need not be a simple device but may be a complex system employing sophisticated technology, such as wavelength selective Bragg reflectors and nonlinear optical frequency shifters. Three companies have obtained single-mode outputs of 35 - 40 watts single mode at 1.03 - 1.1 mu.     

Fiber lasers: a future space technology

The constraints of operation in space have largely precluded the use of conventional solid-state laser systems for applications including remote sensing, communication relays, and active laser radars. A new technology, fiber lasers, may offer all of the needed features at an affordable price. An appealing aspect of the fiber laser is that it does not need a rigid optical bench. Only the output end of the fiber need be held in rigid reference to the optical tracking system. Design, fabrication, and testing of the laser resonator is generally the most expensive and longest lead part of the effort for conventional solid-state lasers. Advances in Fiber Optic technology and devices mean that the "fiber laser" need not be a simple device but may be a complex system employing sophisticated technology such as wavelength selective Bragg reflectors and nonlinear optical frequency shifters. Three companies have recently obtained single-mode outputs of 3540 watts single mode at 1.03-1.1 microns.     

固体润滑技术在空间机械中的应用

对空间机械润滑的特殊性作了简要的分析,评述了各种固体润滑材料在空间环境中的摩擦磨损性能,介绍了各种固体润滑膜的制备工艺及其在空间机械中的应用情况,并指出了有待进一步研究的问题。