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

2021年4月29日中午，中國首個空間站核心艙“天和”發(fā)射成功，中國正式邁入空間站時代。

與此同時，在24日舉行的2021年中國航天大會主論壇上，中國科學(xué)院院士葉培建透露，中國小天體探測任務(wù)已經(jīng)進入工程研制階段，計劃探測地球共軌天體2016HO3和小行星311P。他指出，小天體探測任務(wù)是行星探測重大工程的標(biāo)志性項目，也是中國航天強國建設(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系統(tǒng)”項目。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)，起到保護返回艙在再入地球的過程中安全著陸作用。創(chuàng)新采用3D打印PEEK結(jié)構(gòu)件，同時作為結(jié)構(gòu)材料和熱燒蝕材料用于20kg級小型返回艙結(jié)構(gòu)。滿足空間使用溫度、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。

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

小天體探測任務(wù)對于中國的航天意義重大，對于3D打印行業(yè)來說，采用3D打印技術(shù)來制造返回艙的關(guān)鍵部件，既困難，又具有偉大的意義。這將證明國產(chǎn)的3D打印設(shè)備和材料，不僅在原型制造上面有相對優(yōu)勢，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，KEXCELLED將在現(xiàn)場展示返回艙的全尺寸工程樣件。

據(jù)悉中國的首顆小行星探測器計劃2022年5月在西昌發(fā)射。屆時搭載著3D打印返回艙的探測器將展開遙遠的太空之旅，踏足人類從未到過的空間，著陸小行星采集樣本并返回地球。預(yù)祝發(fā)射圓滿成功，“中國航天的征途是星辰大�！�，人類對浩瀚宇宙地探索永不停滯，加油中國航天。

中國小行星探測工程示意圖：

進行小行星探測的意義
小天體保存著太陽系形成演化的原始信息，是研究太陽系起源的“活化石”，也是目前國際深空探測的熱點、行星科學(xué)研究的前沿；在“開辟新疆域、揭示生命起源、推動技術(shù)進步、開發(fā)天然資源、保護地球安全”方面意義重大，影響深遠。

上世紀(jì)90年代前，世界各國對小天體的探測均為飛越探測。此后，全球共實施9次小天體探測任務(wù)，其中美國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風(fēng)粒子，在人類短短六十多年的深空探測史上，迄今為止只完成過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、艱險和挑戰(zhàn)，每一次，都是載入史冊的壯舉。

△中國的嫦娥5號月球采樣飛船

日本“隼鳥2號”探測器于2014年12月3日發(fā)射，經(jīng)過1年半近距探測后，實施了兩次“觸碰打彈采樣”。2020年12月6日，“隼鳥2號”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。

△日本隼鳥號接近小行星

△工作人員在澳大利亞伍默拉試驗場回收隼鳥號返回艙

△隼鳥號共采回約1500顆塵埃樣品，總質(zhì)量不到1毫克