中國從天宮二號到空間站，最關鍵是用什麼材料蓋房子

今天晚上中國天宮二號將要擇機發射，這是中國完成載人航天三步走戰略的重要一環。天宮二號一旦發射成功，意味著中國已經能夠發射短期有人照料的空間實驗室。而等到中國新的載人飛船、貨運飛船實現和天宮二號的對接後，就意味著中國建成完整配套的空間工程系統，中國載人航天三步走的戰略已經完成第二步。

據媒體報道，「天宮二號」和天宮一號外形完全相同，但任務卻有了很大的變化，因為天宮二號是我國第一個具備太空補加功能的載人航天實驗室，要第一次實現航天員30天駐留、第一次試驗推進劑太空補加技術，以及開展大規模的科學實驗。

天宮二號總裝

很多媒體都著重報道了天宮二號將要進行的14項空間科學實驗，例如空間冷原子鐘實驗、空地量子密鑰分配試驗等。但實際上，這只是顯示了天宮二號在設備載荷上的變化。更重要的是前兩項，首先說推進劑太空補加等於說延長天宮二號的在軌壽命，是試驗未來空間站長期運營的關鍵技術，更重要的是航天員30天駐留，這就為將來中國太空站長期有人值守摸索經驗。

對於中國目前航天員選拔程序和標準來看，航天員個體適應太空長期生活的能力基本上沒有問題。前一陣子首次完成國際洞穴訓練中國新一代航天員葉光富，就顯示了中國航天員的素質。但航天員在太空長期值守，除了身體、心理素質之外，更需要技術上的支援，例如體能訓練設備、空氣、水循環設備以及各種太空食物，但更關鍵的，是房子本身是否堅固。也就是說，如果空間站材料不堅固，無法保護航天員，那麼再優秀的航天員也無法在太空生活。

太空並不是空無一物，在近地軌道，充斥著大量太空垃圾碎片，因此無論是天宮二號還是國際空間站，如果不能隨時抗住這些高速飛行碎片的衝擊，保護航天員和艙內載荷，就無法完成太空任務。中國官方媒體報道天宮二號在軌壽命兩年，而國際空間站艙段的壽命是15-30年。這個差異，直接顯示中國與西方在航天材料上的差距，而這是中國未來建設空間站技術攻關的重點。空間站能否成功，要看「房子材料」怎麼樣。

國際空間站

現代空間站的密封艙都是採用網格式整體壁板結構，而且為了防護空間碎片和微流星的衝擊，還使用了加厚的蒙皮。以國際空間站為例，美國、日本、歐洲艙段壁板結構蒙皮厚度均從３．２ｍｍ 增加為４．８ｍｍ。從設計的角度看，把密封艙的厚度增加看似很簡單，但實際上考驗的是材料技術。因為太空發射對重量很敏感，密封艙一方面要增加防護性，還要重量輕，而且還要有較高的比強度和比剛度；良好的塑性和斷裂韌性；優良的機加、成形以及焊接性能；較高的防腐、防鏽性能。

有資料顯示，天宮二號為了設計製造上的考慮，使用了是較為老式的５Ａ０６鋁合金，這種合金成型性能優異，但是強度較低。在國際空間站上，只有俄羅斯艙段使用的是這種合金，而西方國際密封艙段使用的是強化的2219鋁銅合金。現在俄羅斯對其艙段採用定期艙外維修提高防護的手段。同時，俄羅斯還研發了更先進的1970鋁鋅鎂鈧合金，準備用在他們未來自用的空間站上。美國也在開發更先進的2195鋁鋰合金。

專家普遍認為，國內密封艙結構採用的 5A06 材料屈服強度較低，已很難滿足未來新型密封艙結構的設計需要。鋁鈧合金 1970和鋁鋰合金 2195 屈服強度較高，是未來太空站新型密封艙結構的優選材料。目前從公開材料上看，中國只有有西南鋁業公司具備 2195 鋁鋰合金的生產能力，但沒有任何工程型號的實際應用。但中國未來太空站的建設，必然要採用上述新材料。

2195鋁鋰合金 （上圖），是未來太空站新型密封艙結構的優選材料

此外，除了材料本身，中國也需要加強對新材料壁板的加工成型和焊接技術，必須儘快開展先進成形工藝方法研究，對空間站大型壁板結構時效蠕變成形的數學建模、回彈計算、模擬模擬、熱壓罐設備、模具設計和工藝參數優化等相關理論和技術進行研究。

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