一種用于大量小型衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的新方法采用低CTE、低成本的 CFRP 蜂窩芯、堅(jiān)固的單層蒙皮和模塊化面板系統(tǒng)，以縮短反射器、太陽(yáng)能電池陣列等的交貨時(shí)間、減少勞動(dòng)力和成本。

面板采用Patz Materials and Technologies 的 Apex 芯材和 A&P Technology 的 HM63 QISO 織物表皮

先進(jìn)復(fù)合材料與高速生產(chǎn)技術(shù)：重塑衛(wèi)星制造的格局

傳統(tǒng)衛(wèi)星制造長(zhǎng)期依賴昂貴的材料和勞動(dòng)密集型工藝（如手工鋪層），這僅適用于造價(jià)數(shù)十億美元的大型航天器。然而，隨著商業(yè)衛(wèi)星市場(chǎng)（尤其是大型小型衛(wèi)星星座）的迅猛擴(kuò)張，行業(yè)亟需一場(chǎng)變革：更高的生產(chǎn)速度、更低的成本以及適用于大規(guī)模生產(chǎn)的高性能材料。

為應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，三家經(jīng)驗(yàn)豐富的復(fù)合材料供應(yīng)商——Patz Materials and Technologies (PMT)、Rock West Composites (RWC) 和 A&P Technology——攜手合作，開發(fā)出一種低成本、省工的輕質(zhì)高模量 (HM) 碳纖維增強(qiáng)聚合物 (CFRP) 芯板制造方案。該方案旨在滿足衛(wèi)星光學(xué)平臺(tái)、太陽(yáng)能電池陣列基板、反射器和主結(jié)構(gòu)模塊化部件等應(yīng)用需求。

合作背景：應(yīng)對(duì)市場(chǎng)變革

PMT（材料專家）：意識(shí)到市場(chǎng)正從大型衛(wèi)星轉(zhuǎn)向衛(wèi)星星座，需要以更低成本提供同等高性能的材料。

RWC（結(jié)構(gòu)制造與集成）：以其敏捷性和工程深度，專注于將研發(fā)轉(zhuǎn)化為規(guī)模化生產(chǎn)，提供符合航天要求（低釋氣、超低/零熱膨脹系數(shù)、寬溫域）的組件。

A&P Technology（編織技術(shù)領(lǐng)先者）：提供關(guān)鍵的 QISO 編織材料（0°、+/-60° 結(jié)構(gòu)），賦予材料多向強(qiáng)度、良好懸垂性并提升生產(chǎn)效率。

核心技術(shù)突破

革命性芯材：Apex CFRP 蜂窩芯

材料基礎(chǔ)： 采用 A&P 的 QISO 編織材料。

核心優(yōu)勢(shì)：

成本驟降： 成本僅為傳統(tǒng) HM 蜂窩芯的十分之一。

性能保持： 保持輕量化、超低熱膨脹系數(shù) (CTE) 等滿足高精度光學(xué)和高性能結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵特性。

結(jié)構(gòu)創(chuàng)新： 利用絲束鋪展技術(shù)，材料本身形成開放式透氣結(jié)構(gòu)（無(wú)需像鋁或 Nomex 蜂窩那樣額外手工穿孔），防止發(fā)射時(shí)壓力差造成的損傷。同時(shí)，材料用量減少約一半。

額外優(yōu)勢(shì)： 吸濕性更低，剪切性能更高，密度更低。

高效蒙皮：?jiǎn)螌?nbsp;QISO 面板

替代方案： 傳統(tǒng)大型衛(wèi)星使用八層準(zhǔn)各向同性高模量碳纖維預(yù)浸料作為夾芯板蒙皮。

PMT 方案： 僅使用一層基于 Hexcel HM63 高模量碳纖維的 QISO 編織預(yù)浸料。

顯著效益：

大幅減重： 蒙皮層纖維質(zhì)量從約 800 克/平方米降至 310 克/平方米。

簡(jiǎn)化工藝： 極大減少鋪層數(shù)量和制造復(fù)雜性。

降低成本： 材料用量和工時(shí)顯著減少。

關(guān)鍵性能與可制造性優(yōu)勢(shì)

熱穩(wěn)定性 (趨近零 CTE)： 這對(duì)高分辨率成像系統(tǒng)至關(guān)重要。透鏡在原子尺度（埃級(jí)）的位移都會(huì)影響分辨率。傳統(tǒng)大型衛(wèi)星使用極其昂貴的材料來(lái)控制 CTE，而此方案以低成本實(shí)現(xiàn)了類似的熱穩(wěn)定性性能。

成本控制：

材料用量減少（芯材和蒙皮均減半或更多）。

制造步驟簡(jiǎn)化（單層蒙皮代替八層，芯材無(wú)需額外穿孔）。

可使用標(biāo)準(zhǔn)壓制固化工藝快速生產(chǎn)（“展開-壓制-固化”）。

HM63 碳纖維為美國(guó)國(guó)產(chǎn)，規(guī)避關(guān)稅、出口管制和審批延誤，保障供應(yīng)鏈。

高速生產(chǎn)與靈活性：

模塊化設(shè)計(jì)： 適用于光具座、太陽(yáng)能基板、反射器、可展開吊桿、主結(jié)構(gòu)件等多種部件。

縮短周期： 從設(shè)計(jì)到制造的周期從“年”縮短到“周”。

庫(kù)存管理優(yōu)化： 公司可在設(shè)計(jì)完成前批量生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)面板，需要時(shí)只需進(jìn)行修整、加工和組裝，極大提升響應(yīng)速度。

已驗(yàn)證應(yīng)用

RWC 已成功利用這些材料組裝其Strato 系列夾層板、板材、管材，并特別針對(duì)太空太陽(yáng)能電池陣列基板和射頻 (RF) 通信反射器進(jìn)行了測(cè)試，充分驗(yàn)證了其在下一代衛(wèi)星制造中的可生產(chǎn)性和性能優(yōu)勢(shì)。

總結(jié)

PMT、RWC 和 A&P Technology 的合作，通過(guò)創(chuàng)新地應(yīng)用 QISO 編織技術(shù)和絲束鋪展工藝，開發(fā)出了低成本、易加工、高性能的 HM CFRP 芯材和單層蒙皮系統(tǒng)。這不僅顯著降低了衛(wèi)星（尤其是中小型衛(wèi)星和星座）關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的材料和制造成本，更通過(guò)簡(jiǎn)化工藝、實(shí)現(xiàn)零 CTE 熱穩(wěn)定性和模塊化設(shè)計(jì)，徹底改變了衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)速度和方式，為蓬勃發(fā)展的商業(yè)航天市場(chǎng)提供了強(qiáng)大的解決方案。這項(xiàng)突破的核心在于：用更智能的材料設(shè)計(jì)和制造方法，以商業(yè)市場(chǎng)可接受的成本，實(shí)現(xiàn)了以往只有頂級(jí)航天項(xiàng)目才能負(fù)擔(dān)的高性能。