中国科学院太空制造技术重点实验室

CAS Key Laboratory of Space Manufacturing Technology

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实验室简介

中国科学院太空制造技术重点实验室(CAS Key Laboratory of Space Manufacturing Technology, SMT)成立于2018年初,依托中国科学院空间应用工程与技术中心,是一个以“太空制造技术”为研究专题的科研实体。

太空制造技术是二十一世纪全球航天强国重点布局的研究领域,经过近10年的快速发展,已成为一项为航天任务部署带来颠覆性思路的新技术。随着人类的太空探索逐步走向深空,不断提升人类在地外空间的生存与活动能力是未来航天探索的核心主题之一,太空制造技术将成为解决地外资源就位利用问题和拓展人类地外生存与活动能力的战略性关键技术。

太空制造技术重点实验室定位:面向国际太空制造领域前沿,立足国家重大任务需求,研究太空特殊环境下的材料成形机理、太空智能制造装备与地外资源就位利用技术,系统性解决太空制造材料与装备全链路问题。组建国际一流科研团队,构筑协同创新研究平台,引领新兴交叉学科发展,促进先进制造技术产业化应用,形成我国太空制造领域新思想、新材料、新装备、新应用的综合研究基地。

实验室确定了以下三个主要研究方向:

1. 太空环境下的材料成形机理

认识空间环境下的材料物理化学特性,揭示其科学机理及成形过程中的新现象、新效应、新规律,提出并发展在轨/地外原位制造新原理、新方法、新技术;

2. 太空智能制造装备技术

 研制适应微重力、宽温度交变、强辐射环境条件的太空制造装备,满足材料成形过程中对温度、运动精度、运动范围、压力、光照、成分控制等要求;

3. 地外资源就位利用技术

 重点针对月球、火星以及小行星,面向国家重大任务需求,提出资源就位利用新方法,结合就位可利用资源,研究材料合成、制备、回收与循环利用技术。

实验室现有固定人员56人,研究队伍包括学术带头人8人,正高级专业技术人员12人,副高级专业技术人员20人,拥有高级职称人员占比57%(包括国家自然科学“优秀青年基金”项目获得者1人、中科院“百人计划”3人)。实验室成员中拥有博士学位35人,硕士学位17人,硕博占比93%。实验室从国外多所知名高校引进高层次人才,海外留学人员占比高达22%,具有开阔的国际视野。研究团队专业分布广泛,涉及材料、化学、控制、物理、计算机、机械、数学等多种专业,不同领域不同学科科研人员形成交叉团队,发挥各自优势开展学科交叉合作研究。经过多年的学科培养和队伍建设,实验室已基本形成了以中青年科技骨干为主的研究集体和团结协作的研究氛围。

实验室在太空制造相关研究方面取得了一批重要的研究进展:

1.       在国际上提出了利用膏体进行微重力环境下(抛物线飞机试验)精细粉末成型的新方法,发展了微重力环境下陶瓷材料高精度制造技术,关键指标达到国际先进水平;国际上首次实现了微重力环境下(抛物线飞机试验)基于3D打印陶瓷模具的金属材料离心铸造试验,样品表面特性较地面环境更优;成功打印出全球最大陶瓷立体光刻打印构件(0.5米),在国内率先突破高陶瓷产率、可光固化前驱体合成及高精度打印技术,填补了国内空白,打印精度达到微米级,达到国际领先水平。

2.       自主研发了空间耐原子氧腐蚀的纤维增强聚醚醚酮复合材料,在国内率先开展了微重力环境下(抛物线飞机试验)聚合物及复合材料增材制造技术试验,为空间大型设施基础结构的在轨制造进行了技术探索。

3.       开展高致密度模拟月壤结构成型技术试验,大幅提高了材料烧结后的致密度,从而使月壤制件的机械性能较国际现有水平提升了2倍;创新性地采用高效微波ECR等离子体源研制了长寿命、低功耗的高能电子束枪,从根本上解决了阴极材料易损耗的问题,寿命超过1万小时,能量利用率优于60%;有望为空间探索的就位制造和地外资源利用提供新的技术途径。

实验室致力于太空制造领域的研究,突破传统上行运输资源补给方式的局限性,提升人类在地外空间的生存与活动能力,同时,促进相关技术成果的地面应用,涉及航空、深海、化工、能源、医疗等诸多领域。典型应用包括:

1.     开展陶瓷型芯型壳一体化制造示范应用,提升我国航空发动机、燃气轮机的高温合金叶片制造能力;

2.       开展大尺度轻质高强复合材料一体化成形技术研究,为我国实现万米深潜所需的耐压结构提供新的技术途径;

3.       开展医疗植入体快速个性化成形技术研究;

4.       开展新型氧化镍催化剂可控成形技术研究;

5.       开展固态燃料电池阴极、电解质和阳极一体化成形技术研究。

目前,实验室承担国家、省部级以及横向协作项目70余项,到位总经费约2.2亿元,国家级任务经费占比达73%。近五年,实验室授权国家发明专利21项,实用新型专利16项,共发表SCI论文180余篇,EI论文30余篇,在空间材料制造、增材制造技术、地外资源利用方面取得了一系列研究成果,起到了较高的学科引领作用。



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