俄航天納米技術發展現狀分析論文
一、俄航天納米技術領域的主導機構
根據2 0 0 7 年8 月2 日俄政府批準的“2008～2011年發展俄聯邦納米工業基礎設施”聯邦專項計劃的附件1第4項以及附件5第7項，俄聯邦航天局確定俄航天納米技術研究領域的主導機構為聯邦國企“凱爾迪什研究中心”，同時該中心也是“用于航天技術設備的功能性納米材料”方面的領頭機構，以及“航天系統動力和供電”領域的納米技術應用中心;而該應用中心作為俄政府2007年選定的全俄十幾家納米工業“集體利用中心”之一，負有在相關聯邦專項計劃的實施范圍內，為俄航天納米工業領域的研制任務方以及其它行業的研制機構提供利用研究和技術設備的職能。納米技術應用中心擁有優秀的專家人才，技術配備力量在俄羅斯處于領先地位，其主要研究領域包括：納米合成材料、碳納米管、納米結構、涂覆面、航天動力以及度量衡計量等。
納米技術應用中心于2008年底成為凱爾迪什研究中心的獨立分支機構，并得到聯邦專項計劃范圍內的財政專項撥款，用于建設包括新建大樓、購置和開展高水平研究所需的現代化設備裝置的基礎設施。該中心擁有多套專業化儀器裝置：納米粉末制造裝置、超聲波分散劑量拌器、蒸發烘干機、熔模鑄造模型裝置CAM-L252TB、用于制品的燒結和熱處理加工(可達2800℃)的綜合裝置、熱模壓裝置、脈沖等離子燒結裝置FCT-HPD 25等，具有通用性，能夠實現金屬、氧化物、碳化物、氰化物、混合物等各種材料的合成。其中的納米粉末制造裝置，能合成具有分散度和化學組成為10～80nm粒子的無機納米粉末，可實現用粉末技術獲取納米陶瓷和納米合成產品。這些裝置既可用來進行科研試驗設計工作，也可用于小批量工業生產。
二、俄航天領域“納米主干線”項目
2012年，俄羅斯發布了“為制造導彈航天設備的高可靠性和高質量的先進產品、研究建立納米技術研制應用方面的科技儲備”項目(簡稱“納米主干線”)的競標書。“納米主干線”項目是為發展俄聯邦2030年前航天能力而制定科研課題和提案的綜合研究工作。合同的初始價格為5.833億盧布，完成期限從國家合同的簽訂日的2012年底到2015年底。凱爾迪什研究中心納米技術部贏得了“納米主干線”項目的競標。為實施“ 納米主干線” 項目， 凱爾迪什研究中心組織了30多個合作承包機構，其中航天領域的機構主要有復合材料公司、量子科研生產公司、進步火箭航天中心、動力機械制造科研生產公司、能源火箭航天公司等，此外，還包括一批俄羅斯科學院相關專業研究所和高校的研究機構，如俄羅斯科學院約非物理技術研究所、俄羅斯莫斯科國立航空航天大學、俄羅斯國立鮑曼科技大學。
三、發展現狀
目前，雖未見俄航天納米技術領域公開的專門研究項目或計劃，但是從俄羅斯歷年舉行的國家級展覽、論壇和科技大會以及俄羅斯公開發表的學術報告文集、匯編等出版物上，可以看到俄航天領域納米技術的主要研究方向以及取得的部分成果。
2009年11月，凱爾迪什研究中心在莫斯科召開第一屆“全俄用于航天設備的功能性納米材料”大會。由凱爾迪什研究中心、研究納米技術的俄高等院校與俄科學院的相關科研院所、俄航天領域的科研企業與機構、俄羅斯納米國家集團和俄國防工業綜合體其它行業的相關企業與機構的專家學者參會。會議就“納米合成材料”、“提高航天器效能的納米材料”、“納米材料的電磁特性”和“研究納米材料先進的方法和工藝技術”等專題進行了學術成果交流匯報，并確定了今后在火箭航天領域納米技術的主要發展方向——航天器小型化、提高制造航天裝備材料的強度、通過應用耐高溫和侵蝕性介質的納米涂層降低工作的故障率、提高火箭發動機的可靠性、生產高效的`光學元器件等。
會議在用于航天裝備的碳-聚合納米復合材料方面，交流了碳納米管的結構和其主要的力學、熱物理、電學特性及其獲取和使用方法，以及工作在極端條件下的航天器對材料和涂層的基本要求;介紹了目前對復合材料特性已取得的研究成果。凱爾迪什中心納米技術部門展出了曾在莫斯科舉辦的第二屆國際納米技術大會上獲獎的活動成果——利用等離子集束工藝噴涂的熱防護涂層和耐磨涂層。這種工藝方法能夠制造可廣泛應用的多層納米結構植入涂層。例如，應用在發動機燃燒室側壁的熱防護涂層中，能夠提高火箭發動機推力(放棄以鋯氧化層在燃燒室作為腔壁冷卻幕的方法)，或者提高100～200kg的入軌有效載荷質量，由此能節約1500～3000萬盧布的發射費用。凱爾迪什研究中心還展示了用納米技術復合材料(碳-碳、碳-陶瓷)制成的非冷卻噴管，用在液體火箭發動機上能夠將比沖提高3%～5%，將有效載荷入軌成本降低15%～20%;并介紹了使用導熱能力非常低或者非常高的材料可以實現具有特殊性能的納米復合材料的技術應用。在納米粉末及其在特殊陶瓷中的應用問題方面，與會專家著重介紹了用溶膠凝膠體(凝膠技術)方法獲取新的納米材料所取得的成就，以及通過使用納米陶瓷提高現代火箭發動機的性能。俄羅斯科學院西伯利亞分院強度物理和材料學研究所的專家們，在理論計算的基礎上研制出了提高耐裂化性的多層納米涂層制造工藝，并介紹了使用多層涂層技術的熱防護涂層能夠預防火箭部件或者飛機發動機裂化的效果。
2010年6月莫斯科舉行了“全俄青年科技創造成果展”，2010年11月和2011年10月莫斯科舉辦了第三屆和第四屆“國際納米技術論壇”(RUSNANOTECH)，2013年俄羅斯舉辦了“航空航天創新大會”，2014年俄航天領域舉行了數次納米研究專題匯報和成果交流會。從以上活動的研究成果匯編中可以看出，目前俄羅斯航天納米技術研究的主要方向為：材料特性研究、功能性研究、制造方法和技術研究。而且，俄羅斯航天在納米技術領域的研究深入、應用廣泛、成果豐碩。歷次研究專題匯報和成果交流會研究匯編的部分目錄按大致三個方向分類列出：
⑴復合納米材料和結構(材料特性研究)碳納米材料的特性和應用、功能性覆層和結構納米復合材料、含納米微粒的新型復合結構材料——碳納米管、用于高溫陶瓷纖維復合材料——納米結構的多層界面、納米粉末及其在特殊陶瓷工藝上的應用、多組分不銹鋼薄膜的其它功能特性(溫度穩定性和耐熱性)、納米結構薄膜和涂層在航天設備上的先進新功能、碳納米管的清潔和排除特性、納米鋁氧化過程的調動、納米結構的合金、納米結構的多層界面、具有形狀記憶功能的納米結構TiNi-TiCu合金系統、光敏納米復合材料、基于鎵的彌散-硬化納米復合材料焊料、作為有前景的航天器材料的碳聚合納米合成物、納米粉末及其在特殊陶瓷工藝中的應用。
⑵提高航天器效能的納米材料(功能性研究)基于碳納米管的感應控制設備、納米結構在熱核反應堆中的問題、防熱防腐蝕和可調節航天器結構件表面溫度的涂層、用于降低有效載荷結構件入軌質量的輕質高強度材料、用于航天器的碳納米管、在高溫加熱器上應用納米材料、作為航天設備先進材料的碳聚合納米復合材料、航天應用的功能涂覆層和結構納米復合材料、液體燃料發動機燃燒室側壁納米材料與燃料燃燒產物相互作用的物理化學過程、納米鋁氧化過程的調用、新型先進功能性納米結構薄膜和敷層及其機械和摩擦性能的獲取和考核、用等離子噴霧粉末噴涂熱防護納米結構涂層的方法、納米技術在航天員生命保障系統的未來應用。
⑶制造納米材料的先進方法和工藝技術(制造方法和技術研究)為航天設備獲取納米材料的激光技術、利用激光技術制造基于復合納米材料的復雜形狀航天設備零件、獲取納米材料的氣動力學和等離子技術方法以及研究其激光特性;薄膜厚度和其光學常數的光學測量方法、中等能量的散射光譜測量法運用在納米電子和閃爍鏡中的超細薄結構分析;納米粉末的獲取和航天應用、等離子納米粉末冶金的物理化學和工藝技術;用高溫分解的氣相沉淀法在硅基片表面上合成碳納米管、為獲取各種形狀的碳納米管應用磁控管噴涂方法、碳納米系統合成的單相法、垂直定向的納米管的制造方法、帶有納米管的探測傳感器獲取技術。
四、航天領域納米技術應用前景
作為航天發展優先方向之一的納米技術，其應用前景極其廣泛，包括：工程材料(輕質結構、耐損傷材料、涂層、防熱材料、熱控材料);能量產生和貯存(能量產生、存貯、發送);推進系統(納米推進劑、空間推進);電子器件和傳感器(傳感器、激勵器、其它電子器件);宇航員生命保障系統等。
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