隨著空間技術(shù)的發(fā)展，減輕結(jié)構(gòu)材料的重量以提高有效載荷的承載能力和航天器的綜合性能迫在眉睫。鎂（Mg）合金具有密度低、比強度高、生物相容性好、電磁屏蔽性好等優(yōu)點，是航空航天應(yīng)用中減輕重量的理想金屬結(jié)構(gòu)材料。然而，由于航天器要經(jīng)歷發(fā)射振動、真空、原子氧、紫外照射、電子輻照環(huán)境和載人航天任務(wù)環(huán)境等特殊工作環(huán)境，因此航空航天中使用的結(jié)構(gòu)材料必須考慮強度、模量、對空間環(huán)境的適應(yīng)性以及導(dǎo)電性或防腐性能。

隨著鎂合金的發(fā)展，鎂合金在航天領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越多樣化。它們被用作結(jié)構(gòu)材料和能源材料，包括火箭、行星任務(wù)、資源利用和航天器。

CO2中的鎂燃燒被認為是一次能源生產(chǎn)循環(huán)。為了充分開發(fā)火星任務(wù)的資源，鎂粉被用于與二氧化碳反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，鎂粉和液態(tài)CO2雙推進劑火箭發(fā)動機可以正常工作，提供合格的點火和良好的燃燒性能。 200公斤的漏斗，配備25-30公斤的CO2/Mg火箭推進系統(tǒng)和9-13公斤的二氧化碳采集裝置，可以在火星表面進行10-15次跳躍，總射程為10-15公里，持續(xù)180個火星日，可以顯著增加漏斗的航程并縮短任務(wù)時間。

鎂以橄欖石（Mg，F(xiàn)e2SiO4）的形式存在，含有32%的氧化鎂（MgO）。鎂可用于形成獨立的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，并具有獨特的物理特性，例如電磁屏蔽，這使其適用于外星建筑[22\u201223]。為了降低持續(xù)太空計劃的成本，從小行星和行星土壤中獲得的鎂被確定為混合火箭推進劑的可能燃料，從而促進了內(nèi)太陽系的探索和工業(yè)化。有人建議在月球風(fēng)化層與Mg的燃燒中生產(chǎn)月球任務(wù)中的建筑材料。

重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的楊艷研究團隊在本文中重點介紹了鎂合金在航天器中的應(yīng)用。綜述了鎂合金在航天服務(wù)中特殊性能的應(yīng)用和需求。通過討論空間與地球表面功能的差異，提出了一些建議，以促進新型鎂合金在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。

相關(guān)研究成果以題“Applications of magnesium alloys for aerospace: a review”發(fā)表在國際期刊Journal of magnesium and Alloys上。

鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2213956723002281   

圖1

粉狀Mg和液態(tài)CO2的實驗體系（a）及不同操作條件下穩(wěn)定火焰的結(jié)果（b）。

圖2

鎂合金熱控微弧氧化涂層的形貌。

圖3

化學(xué)鎳鉺涂層在ZK60（a）和ME20（b）合金上的初始沉積工藝。

圖4

洛克希德公司為衛(wèi)星開發(fā)的鎂合金。（陀螺儀安裝框架板、負載傳遞接頭處的振動膜片、安裝電子設(shè)備的角托盤、抽屜隔板、微波裝置安裝框架）。

圖5

衛(wèi)星支架。

圖6

面板擴展衛(wèi)星面板的組成（a）和結(jié)構(gòu)（b）。

 圖7

鎂作為結(jié)構(gòu)的應(yīng)用（a）及其電子封裝（b），以及隨機振動測試（c）。

圖8

上海航天精密機械研究所研制的大尺寸鎂合金產(chǎn)品。

圖9

航天器無干擾有效載荷結(jié)構(gòu)。

圖10

CE-5的科學(xué)有效載荷。

圖11

金屬波紋喇叭天線（a）、波紋喇叭饋電（b）和偏置鏡面天線的常規(guī)設(shè)計（由ISS – Reshetnev公司提供）（c）。

圖12

制造的 175 毫米球面鎂合金反射鏡。左面板和右面板分別顯示鏡子的鏡面和背面。

燃料電池是航空航天領(lǐng)域最重要的能量集之一，儲氫能力是燃料電池在航天應(yīng)用中輕量化的關(guān)鍵問題。鎂化合物中的儲氫被認為是最有前途的高效率、低風(fēng)險和低成本儲氫技術(shù)之一。氫氣容量可達到14.9 wt.%，體積可達145–147 kg·cm−3，與目前的鋼瓶儲氫相比具有顯著的重量優(yōu)勢。因此，它是一種很有前途的空間燃料電池儲氫材料。