[發(fā)明專利]一種用石墨烯新材料制造大強度的高速信息化載人飛船

無效

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• 申請日: 2012-07-30
• 公開（公告）號: CN102745344A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發(fā)明（設計）人: 繆同春
• 申請（專利權）人: 無錫同春新能源科技有限公司
• 主分類號: B64G1/12
• 分類號: B64G1/12;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及一種用石墨烯新材料制造大強度的高速信息化載人飛船，屬于新材料、新能源應用技術領域。

背景技術

2012年6月16日18時56分，神舟九號載人飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空后準確進入預定軌道，順利將3名航天員送上太空。6月18日神九載人飛船與在太空等待了215天的天宮一號目標飛行器的首次載人自動交會對接順利完成，6月24日神舟九號航天員手動控制飛船的姿態(tài)、速度和方向，成功駕駛飛船與天宮一號目標飛行器對接，6月28日航天員手動控制神舟九號飛船與天宮一號目標飛行器分離，29日順利返回地面。

新材料產(chǎn)業(yè)為神舟九號提供了先進的制造材料，陜西省西部材料鈦材研發(fā)及技術中心為神九載人航天飛船提供鈦合金航天結構件，鈦合金的比強度高、機械性能好、而且耐腐蝕，鈦的比重小，適合飛船上的結構輕量化，然而鈦合金航天結構件的切削加工性能很差，加工效率極低。

人類至今已經(jīng)發(fā)射了四千多次航天運載火箭，在太空中遺留2.5萬塊太空垃圾。廢棄的衛(wèi)星、運載火箭殘骸加上隕石、流星都可能在太空中高速撞擊飛船。地球上的太空中已經(jīng)發(fā)生過兩顆衛(wèi)星相撞、兩個火箭推進器遺棄物相撞的“宇宙交通肇事案”。

由于載人飛船在太空中運行的環(huán)境發(fā)生了很大的變化，載人飛船執(zhí)行的任務越來越復雜，制造載人飛船需要更加先進的新材料。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題是克服現(xiàn)有技術的缺點，提供一種用石墨烯新材料制造大強度的高速信息化載人飛船。

中國的石墨礦產(chǎn)的儲藏量占全世界總儲藏量的75%，生產(chǎn)量占全世界的72%，但是中國的石墨產(chǎn)業(yè)長期以來處于低端無序開發(fā)，經(jīng)濟效益不高。2004年英國兩位物理學家從石墨材料中剝離出石墨烯單層碳原子面材料，是碳的二維結構。這種石墨晶體薄膜的厚度只有0.335納米，把20萬片石墨烯薄膜疊加到一起，也只有一根頭發(fā)絲那么厚。2010年的諾貝爾物理學獎頒給成功地在實驗中從石墨中分離出石墨烯，并證實石墨烯可以單獨存在的這兩位英國科學家。從此，世界各國許多科學家和許多企業(yè)都參與石墨烯的開發(fā)工作，2011年10月18日江蘇省常州市人民政府出資10億元組建江南石墨烯研究院和常州市石墨烯科技產(chǎn)業(yè)園更是為了搶占石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的先機。本發(fā)明首先提出將石墨烯新材料應用到航天飛船上，對航天事業(yè)的發(fā)展具有深遠的意義。

用純石墨烯新材料和石墨烯復合材料制造的石墨烯航天結構件有許多優(yōu)點超過了鈦合金航天結構件：

1.石墨烯航天結構件的堅硬度特別大，是目前人類已知的最為堅固的材料。中國科學院計算的結果表明，石墨烯的強度為110GPa—121GPa，石墨烯比鋼鐵強硬100倍，比鉆石更堅硬。用石墨烯新材料可以制造成功世界上最為堅固的載人飛船，不怕太空中小天體和太空垃圾的高速撞擊。

2.石墨烯是世界上導電性最好的材料，電子在石墨烯中的運動速度達到了光速的1/300，電子在石墨烯中的傳輸速度比在硅中快100倍。石墨烯電子元器件將取代硅電子元器件廣泛應用于石墨烯載人飛船中的石墨烯導電線、石墨烯攝像機、石墨烯儲能電池、石墨烯計算機系統(tǒng)甲、石墨烯通信系統(tǒng)甲、石墨烯計算機系統(tǒng)乙、石墨烯通信系統(tǒng)乙，大大提高各電子設備的工作效率，石墨烯電子計算機的運行速度可達到一千兆赫的1000倍，提高電子設備中的傳感器的靈敏度。

3.石墨烯是一種超薄的新材料，用石墨烯新材料制造石墨烯載人飛船上的石墨烯推進艙、石墨烯返回艙、石墨烯軌道艙壁，可以在保持強度的同時，適當減少艙壁的厚度，增加艙內的容積，讓石墨烯載人飛船多攜帶實驗物品上天。同時也符合制造超輕載人飛船的要求。

4.石墨烯的表面有抑菌功能，可以減少石墨烯載人飛船的艙內外石墨烯的表面上沾帶細菌上天。

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，十分堅固的舷窗上不會出現(xiàn)裂縫。

6.石墨烯新材料的電阻率只有約10^-6Ω?·㎝，比鋼材或銀材更低，是目前世界上電阻率最小的材料，電子在石墨烯中的運行速度極快，如果應用在鋰離子電池的負極材料上，可使鋰離子電池充放電的速度加快60倍—600倍。

由于石墨烯航天新材料有上述許多優(yōu)點，今后建造載人飛船時要考慮采用石墨烯新材料，并逐步增加石墨烯新材料占用的比例。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：