在探索宇宙的征途上,一项看似不可思议的创新正悄然改变着火箭制造的面貌——塑料,这一地球上无处不在的材料,正逐步成为火箭制造领域的新星。
长久以来,火箭制造遵循着严格的材料选择标准。铝合金、碳复合材料和合金钢等轻质材料常用于火箭的非关键部位,而钛合金、不锈钢等坚固材料则用于承受极端条件的部位。隔热陶瓷则专门用于火箭的耐热部位。在这样的材料清单中,塑料似乎格格不入,因为它既不坚固也不耐热。然而,科学家们并未忽视塑料的潜力,尤其是工程塑料。
工程塑料之所以引起科学家们的关注,关键在于其轻质特性。火箭作为一种运载工具,减轻自重意味着能够减少燃料消耗,从而增加搭载其他航天器的空间。尽管人类已经掌握了一些轻质金属,但它们大多价格昂贵且加工困难。相比之下,工程塑料不仅轻质,而且加工成本低廉,成为科学家们寻找替代金属材料的理想选择。
工程塑料在航空航天领域的应用已经初露锋芒。聚碳酸酯、改性尼龙和聚醚醚酮树脂等工程塑料已被广泛用于飞机和宇航员的防护用品中。这些材料具有优异的力学性能、耐腐蚀性、耐热性和耐疲劳性。通过添加碳纤维、石墨烯等高科技材料,工程塑料的性能得到了进一步提升。
在德国航空航天公司“MTaerospace”的推动下,一款由碳纤维增强塑料制成的小型火箭燃料箱应运而生。这款燃料箱能够容纳液氢和液氧而不泄漏,且完全不含金属材料。这一创新不仅减轻了火箭的自重,还降低了制造成本和发射成本。欧洲航天局已计划将这款新型燃料箱应用于阿丽亚娜6号火箭上,进一步推动了工程塑料在火箭制造中的应用。
更令人瞩目的是,废弃塑料在火箭制造中的循环利用。美国Vaya太空公司和英国Skyrora航天公司分别成功发射了使用可回收热塑性塑料制成的燃料箱的火箭。Vaya太空公司的火箭燃料箱和燃料均由热塑性塑料制成,而Skyrora公司则通过热解技术将废弃塑料转化为名为Ecosene的燃料。这种燃料不仅可用于火箭,还可用于普通车辆,且成本远低于传统火箭燃料。