铝锂合金打造卫星资源舱天宫一号减重10PDA

铝锂合金打造卫星资源舱天宫一号减重10%

铝锂合金打造卫星资源舱天宫一号减重10%

2011年9月29日21时25分，中国自主研制的载人飞行器——“天宫一号”顺利地进入预定轨道，发射圆满成功。“天宫一号”目标飞行器总长10.4m，重约8.5t，舱体结构最大直径3.35m。它的运行高度约370km，在轨道上的运行时间为2年，可以与载人飞船进行几次对接。“天宫一号”为两舱结构，一个是试验舱，另一个为资源舱。前者为密封的，是航天员驻留生活和工作的地方，分为密封段和非密封段。密封段是航天员活动区，而所有的科学试验设备都装于非密封段。 “天宫一号”这个中国的第一个低轨道、长寿命大型载人航天器的设计寿命为2年。在资源舱也就是“天宫一号”的后舱内装有动力系统（含超强电力的大型太阳能电池板）推进系统和能源。它的主要任务是为“天宫一号”的飞行提供能源保障，并控制飞行姿态。资源舱加足燃料后的重量约1.4t。

“天宫一号”电源分系统的全部设备（太阳能电池翼）都在资源舱内，再加上舱内储备的燃料都为飞行器提供运行能量。舱内还有一个极为关键的零件——控制力矩陀螺，用来控制“天宫一号”的飞行姿态，重约50kg，是用有色金属材料制作的。

“天宫一号”将在轨运行两年，资源舱内不但有太阳能电池、动力系统和推进系统，以及控制力矩陀螺，还必须加装足够的燃料。因此，必须减轻舱段结构部分重量。由于常规的高强度2XXX系合金及超高强度7XXX系合金密度较高，所以设计人员想用各项性能与常规结构铝合金相当，而密度又比它们的小一些的航天铝合金——铝-锂合金，它的一个重要特点是其密度低与弹性模量高。在铝合金中，锂与铍是降低其密度最有效的合金元素，锂在铝中的最大溶解度为4.2%，向铝中每添加1%锂，可使其密度下降约3%，而其弹性模量则上升约5%。

当前世界上可以生产铝-锂合金的国家与企业是：中国的西南铝业（集团）有限责任公司，美国的美国铝业公司（Alcoa）的达文波特厂（DavenportWorks）、力拓加铝集团（RitoAlcan）的雷文斯伍德（Ravenswood）铝业公司及法国的伊苏尔铝业公司（Issoire），英国的加拿大铝业公司（BritishAlcan），俄国联合铝业公司的卡缅斯克（Kamensk）铝加工厂。中国于上世纪60年代初研制成铝-铜-锂系合金S141，90年代中期西南铝业（集团）有限责任公司从俄罗斯引进铝-锂合金真空熔炼炉及铸造设备，从此中国可批量生产铝-锂合金板材、型材与锻件等。

锂是一个化学活性很大的金属元素，因此铝-锂合金必须在真空炉内熔炼，熔体也必须在有保护气体条件下铸造，熔铸是生产铝-锂合金最为关键的技术。

中国大飞机C919型客机机身等直段部段也是用铝-锂合金制造的，由中航工业洪都公司制造，已于2010年12月上旬顺利下线，所有的铝-锂合金板材由美国铝业公司提供，来自达文波特厂。等直段位于大客机机身前部，是宽度相等的简状结构部段，全长7.45m、宽4.2m、高4.2m。是中国国内民用飞机上首次采用铝-锂合金制造的部段。

美国航空航天局（NASA）也曾于2008年选定美国铝业公司为其战神一号载人运载火箭生产铝-锂合金板材，其中仅薄板订货量就达453.6t，全部用2195铝-锂合金（质量%：0.12Si，0.15Fe，3.7~4.3Cu，0.25Mn，0.25-0.8Mg，0.25In，0.10Ti，0.25-0.6Ag，0.8-1.2Li，0.08-0.16Zr，其他杂质每个0.05，总计0.15，其余为Al）轨制。该合金于1992年定型并在美国铝业协会公司（AA）注册，是美国铝业公司研发的。由美国铝业公司匹兹堡技术中心生产铸锭，达文波特厂轧制薄板。

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