中國科學院太空制造技術重點實驗室

CAS Key Laboratory of Space Manufacturing Technology

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實驗室簡介

中國科學院太空制造技術重點實驗室(CAS Key Laboratory of Space Manufacturing Technology, SMT)成立于2018年初,依托中國科學院空間應用工程與技術中心,是一個以“太空制造技術”為研究專題的科研實體。

太空制造技術是二十一世紀全球航天強國重點布局的研究領域,經過近10年的快速發展,已成為一項為航天任務部署帶來顛覆性思路的新技術。隨著人類的太空探索逐步走向深空,不斷提升人類在地外空間的生存與活動能力是未來航天探索的核心主題之一,太空制造技術將成為解決地外資源就位利用問題和拓展人類地外生存與活動能力的戰略性關鍵技術。

太空制造技術重點實驗室定位:面向國際太空制造領域前沿,立足國家重大任務需求,研究太空特殊環境下的材料成形機理、太空智能制造裝備與地外資源就位利用技術,系統性解決太空制造材料與裝備全鏈路問題。組建國際一流科研團隊,構筑協同創新研究平臺,引領新興交叉學科發展,促進先進制造技術產業化應用,形成我國太空制造領域新思想、新材料、新裝備、新應用的綜合研究基地。

實驗室確定了以下三個主要研究方向:

1. 太空環境下的材料成形機理

認識空間環境下的材料物理化學特性,揭示其科學機理及成形過程中的新現象、新效應、新規律,提出并發展在軌/地外原位制造新原理、新方法、新技術;

2. 太空智能制造裝備技術

 研制適應微重力、寬溫度交變、強輻射環境條件的太空制造裝備,滿足材料成形過程中對溫度、運動精度、運動范圍、壓力、光照、成分控制等要求;

3. 地外資源就位利用技術

 重點針對月球、火星以及小行星,面向國家重大任務需求,提出資源就位利用新方法,結合就位可利用資源,研究材料合成、制備、回收與循環利用技術。

實驗室現有固定人員56人,研究隊伍包括學術帶頭人8人,正高級專業技術人員12人,副高級專業技術人員20人,擁有高級職稱人員占比57%(包括國家自然科學“優秀青年基金”項目獲得者1人、中科院“百人計劃”3人)。實驗室成員中擁有博士學位35人,碩士學位17人,碩博占比93%。實驗室從國外多所知名高校引進高層次人才,海外留學人員占比高達22%,具有開闊的國際視野。研究團隊專業分布廣泛,涉及材料、化學、控制、物理、計算機、機械、數學等多種專業,不同領域不同學科科研人員形成交叉團隊,發揮各自優勢開展學科交叉合作研究。經過多年的學科培養和隊伍建設,實驗室已基本形成了以中青年科技骨干為主的研究集體和團結協作的研究氛圍。

實驗室在太空制造相關研究方面取得了一批重要的研究進展:

1.       在國際上提出了利用膏體進行微重力環境下(拋物線飛機試驗)精細粉末成型的新方法,發展了微重力環境下陶瓷材料高精度制造技術,關鍵指標達到國際先進水平;國際上首次實現了微重力環境下(拋物線飛機試驗)基于3D打印陶瓷模具的金屬材料離心鑄造試驗,樣品表面特性較地面環境更優;成功打印出全球最大陶瓷立體光刻打印構件(0.5米),在國內率先突破高陶瓷產率、可光固化前驅體合成及高精度打印技術,填補了國內空白,打印精度達到微米級,達到國際領先水平。

2.       自主研發了空間耐原子氧腐蝕的纖維增強聚醚醚酮復合材料,在國內率先開展了微重力環境下(拋物線飛機試驗)聚合物及復合材料增材制造技術試驗,為空間大型設施基礎結構的在軌制造進行了技術探索。

3.       開展高致密度模擬月壤結構成型技術試驗,大幅提高了材料燒結后的致密度,從而使月壤制件的機械性能較國際現有水平提升了2倍;創新性地采用高效微波ECR等離子體源研制了長壽命、低功耗的高能電子束槍,從根本上解決了陰極材料易損耗的問題,壽命超過1萬小時,能量利用率優于60%;有望為空間探索的就位制造和地外資源利用提供新的技術途徑。

實驗室致力于太空制造領域的研究,突破傳統上行運輸資源補給方式的局限性,提升人類在地外空間的生存與活動能力,同時,促進相關技術成果的地面應用,涉及航空、深海、化工、能源、醫療等諸多領域。典型應用包括:

1.     開展陶瓷型芯型殼一體化制造示范應用,提升我國航空發動機、燃氣輪機的高溫合金葉片制造能力;

2.       開展大尺度輕質高強復合材料一體化成形技術研究,為我國實現萬米深潛所需的耐壓結構提供新的技術途徑;

3.       開展醫療植入體快速個性化成形技術研究;

4.       開展新型氧化鎳催化劑可控成形技術研究;

5.       開展固態燃料電池陰極、電解質和陽極一體化成形技術研究。

目前,實驗室承擔國家、省部級以及橫向協作項目70余項,到位總經費約2.2億元,國家級任務經費占比達73%。近五年,實驗室授權國家發明專利21項,實用新型專利16項,共發表SCI論文180余篇,EI論文30余篇,在空間材料制造、增材制造技術、地外資源利用方面取得了一系列研究成果,起到了較高的學科引領作用。



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