[实用新型]一种用石墨烯新材料制造大强度的高速信息化载人飞船

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用石墨烯新材料制造大强度的高速信息化载人飞船，属于新材料、新能源应用技术领域。

背景技术

2012年6月16日18时56分，神舟九号载人飞船在酒泉卫星发射中心发射升空后准确进入预定轨道，顺利将3名航天员送上太空。6月18日神九载人飞船与在太空等待了215天的天宫一号目标飞行器的首次载人自动交会对接顺利完成，6月24日神舟九号航天员手动控制飞船的姿态、速度和方向，成功驾驶飞船与天宫一号目标飞行器对接，6月28日航天员手动控制神舟九号飞船与天宫一号目标飞行器分离，29日顺利返回地面。

新材料产业为神舟九号提供了先进的制造材料，陕西省西部材料钛材研发及技术中心为神九载人航天飞船提供钛合金航天结构件，钛合金的比强度高、机械性能好、而且耐腐蚀，钛的比重小，适合飞船上的结构轻量化，然而钛合金航天结构件的切削加工性能很差，加工效率极低。

人类至今已经发射了四千多次航天运载火箭，在太空中遗留2.5万块太空垃圾。废弃的卫星、运载火箭残骸加上陨石、流星都可能在太空中高速撞击飞船。地球上的太空中已经发生过两颗卫星相撞、两个火箭推进器遗弃物相撞的“宇宙交通肇事案”。

由于载人飞船在太空中运行的环境发生了很大的变化，载人飞船执行的任务越来越复杂，制造载人飞船需要更加先进的新材料。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的缺点，提供一种用石墨烯新材料制造大强度的高速信息化载人飞船。

中国的石墨矿产的储藏量占全世界总储藏量的75%，生产量占全世界的72%，但是中国的石墨产业长期以来处于低端无序开发，经济效益不高。2004年英国两位物理学家从石墨材料中剥离出石墨烯单层碳原子面材料，是碳的二维结构。这种石墨晶体薄膜的厚度只有0.335纳米，把20万片石墨烯薄膜叠加到一起，也只有一根头发丝那么厚。2010年的诺贝尔物理学奖颁给成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，并证实石墨烯可以单独存在的这两位英国科学家。从此，世界各国许多科学家和许多企业都参与石墨烯的开发工作，2011年10月18日江苏省常州市人民政府出资10亿元组建江南石墨烯研究院和常州市石墨烯科技产业园更是为了抢占石墨烯产业发展的先机。本实用新型首先提出将石墨烯新材料应用到航天飞船上，对航天事业的发展具有深远的意义。

用纯石墨烯新材料和石墨烯复合材料制造的石墨烯航天结构件有许多优点超过了钛合金航天结构件：

1.石墨烯航天结构件的坚硬度特别大，是目前人类已知的最为坚固的材料。中国科学院计算的结果表明，石墨烯的强度为110GPa—121GPa，石墨烯比钢铁强硬100倍，比钻石更坚硬。用石墨烯新材料可以制造成功世界上最为坚固的载人飞船，不怕太空中小天体和太空垃圾的高速撞击。

2.石墨烯是世界上导电性最好的材料，电子在石墨烯中的运动速度达到了光速的1/300，电子在石墨烯中的传输速度比在硅中快100倍。石墨烯电子元器件将取代硅电子元器件广泛应用于石墨烯载人飞船中的石墨烯导电线、石墨烯摄像机、石墨烯储能电池、石墨烯计算机系统甲、石墨烯通信系统甲、石墨烯计算机系统乙、石墨烯通信系统乙，大大提高各电子设备的工作效率，石墨烯电子计算机的运行速度可达到一千兆赫的1000倍，提高电子设备中的传感器的灵敏度。

3.石墨烯是一种超薄的新材料，用石墨烯新材料制造石墨烯载人飞船上的石墨烯推进舱、石墨烯返回舱、石墨烯轨道舱壁，可以在保持强度的同时，适当减少舱壁的厚度，增加舱内的容积，让石墨烯载人飞船多携带实验物品上天。同时也符合制造超轻载人飞船的要求。

4.石墨烯的表面有抑菌功能，可以减少石墨烯载人飞船的舱内外石墨烯的表面上沾带细菌上天。

5.石墨烯新材料的透光性好，用石墨烯新材料制造的石墨烯舷窗能看清外面的太空，十分坚固的舷窗上不会出现裂缝。

6.石墨烯新材料的电阻率只有约10^-6Ω ·㎝，比钢材或银材更低，是目前世界上电阻率最小的材料，电子在石墨烯中的运行速度极快，如果应用在锂离子电池的负极材料上，可使锂离子电池充放电的速度加快60倍—600倍。

由于石墨烯航天新材料有上述许多优点，今后建造载人飞船时要考虑采用石墨烯新材料，并逐步增加石墨烯新材料占用的比例。

为了解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：