KEXCELLED 3D打印PEEK用于小行星探測(cè)器返回艙熱防護(hù)系統(tǒng)

2021年4月29日中午，中國(guó)首個(gè)空間站核心艙“天和”發(fā)射成功，中國(guó)正式邁入空間站時(shí)代。

與此同時(shí)，在24日舉行的2021年中國(guó)航天大會(huì)主論壇上，中國(guó)科學(xué)院院士葉培建透露，中國(guó)小天體探測(cè)任務(wù)已經(jīng)進(jìn)入工程研制階段，計(jì)劃探測(cè)地球共軌天體2016HO3和小行星311P。他指出，小天體探測(cè)任務(wù)是行星探測(cè)重大工程的標(biāo)志性項(xiàng)目，也是中國(guó)航天強(qiáng)國(guó)建設(shè)征程的標(biāo)志性任務(wù)。

3D打印材料廠商KEXCELLED參與了“小型空間樣品返回艙熱防護(hù)系統(tǒng)”項(xiàng)目。此系統(tǒng)用于近地軌道科學(xué)樣品或小行星采樣返回任務(wù)，起到保護(hù)返回艙在再入地球的過(guò)程中安全著陸作用。創(chuàng)新采用3D打印PEEK結(jié)構(gòu)件，同時(shí)作為結(jié)構(gòu)材料和熱燒蝕材料用于20kg級(jí)小型返回艙結(jié)構(gòu)。滿(mǎn)足空間使用溫度、真空環(huán)境材料脫氣要求，并且能夠經(jīng)受最大熱流100 W/cm2的苛刻考驗(yàn)。

“小型空間樣品返回艙熱防護(hù)系統(tǒng)”利用PEEK 3D打印技術(shù)成本降低了70%，制造時(shí)間縮短了90%。采用的高層間結(jié)合力PEEK 3D打印線(xiàn)材，層間結(jié)合力最高能夠達(dá)到水平方向的88%，XY軸拉伸強(qiáng)度達(dá)到96MPa，Z軸方向拉伸強(qiáng)度最高達(dá)到85MPa。不僅能夠滿(mǎn)足航空航天結(jié)構(gòu)件的要求，在骨科醫(yī)療、汽車(chē)、消費(fèi)電子和5G領(lǐng)域也具備廣闊應(yīng)用市場(chǎng)。

小天體探測(cè)任務(wù)對(duì)于中國(guó)的航天意義重大，對(duì)于3D打印行業(yè)來(lái)說(shuō)，采用3D打印技術(shù)來(lái)制造返回艙的關(guān)鍵部件，既困難，又具有偉大的意義。這將證明國(guó)產(chǎn)的3D打印設(shè)備和材料，不僅在原型制造上面有相對(duì)優(yōu)勢(shì)，在要求最高的航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用也并不落后。今年的TCT展會(huì)，KEXCELLED將在現(xiàn)場(chǎng)展示返回艙的全尺寸工程樣件。

據(jù)悉中國(guó)的首顆小行星探測(cè)器計(jì)劃2022年5月在西昌發(fā)射。屆時(shí)搭載著3D打印返回艙的探測(cè)器將展開(kāi)遙遠(yuǎn)的太空之旅，踏足人類(lèi)從未到過(guò)的空間，著陸小行星采集樣本并返回地球。預(yù)祝發(fā)射圓滿(mǎn)成功，“中國(guó)航天的征途是星辰大�！�，人類(lèi)對(duì)浩瀚宇宙地探索永不停滯，加油中國(guó)航天。

中國(guó)小行星探測(cè)工程示意圖：

進(jìn)行小行星探測(cè)的意義
小天體保存著太陽(yáng)系形成演化的原始信息，是研究太陽(yáng)系起源的“活化石”，也是目前國(guó)際深空探測(cè)的熱點(diǎn)、行星科學(xué)研究的前沿；在“開(kāi)辟新疆域、揭示生命起源、推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步、開(kāi)發(fā)天然資源、保護(hù)地球安全”方面意義重大，影響深遠(yuǎn)。

上世紀(jì)90年代前，世界各國(guó)對(duì)小天體的探測(cè)均為飛越探測(cè)。此后，全球共實(shí)施9次小天體探測(cè)任務(wù)，其中美國(guó)6次、歐空局1次、日本2次；小行星6次，彗星3次。
除了帶回星際塵埃和太陽(yáng)風(fēng)粒子，在人類(lèi)短短六十多年的深空探測(cè)史上，迄今為止只完成過(guò)9次月球采樣返回，1次彗星采樣返回和2次小行星采樣返回。每一次，都伴隨著未知、艱險(xiǎn)和挑戰(zhàn)，每一次，都是載入史冊(cè)的壯舉。

△中國(guó)的嫦娥5號(hào)月球采樣飛船

日本“隼鳥(niǎo)2號(hào)”探測(cè)器于2014年12月3日發(fā)射，經(jīng)過(guò)1年半近距探測(cè)后，實(shí)施了兩次“觸碰打彈采樣”。2020年12月6日，“隼鳥(niǎo)2號(hào)”返回艙降落在澳大利亞南部沙漠地帶，獲取“龍宮”小行星樣品5.4克。

△日本隼鳥(niǎo)號(hào)接近小行星

△工作人員在澳大利亞伍默拉試驗(yàn)場(chǎng)回收隼鳥(niǎo)號(hào)返回艙

△隼鳥(niǎo)號(hào)共采回約1500顆塵埃樣品，總質(zhì)量不到1毫克