目前，環(huán)地球軌道上運行的衛(wèi)星約有 8,000 顆，每年新增數(shù)量接近 2,000 顆。預計到 2030 年，運載火箭發(fā)射次數(shù)將增至 200 次。航天領(lǐng)域意味著巨額的資金投入，而這些資金將會流向掌握關(guān)鍵加工技術(shù)的企業(yè)。例如擁有 5 大航天激光應(yīng)用技術(shù)的通快集團（TRUMPF）。 01 外部密封焊接 密封焊接的球形燃料箱 在航天領(lǐng)域，激光密封焊接以其高精度和可靠性，被用于焊接不銹鋼、鋁、鈦及鎳基合金等高溫合金。激光的優(yōu)勢在于工藝速度快，并且得益于優(yōu)化的多傳感器系統(tǒng)，能量輸入得到精準控制，焊縫更加美觀整潔。 激光密封焊接正逐步成為重要領(lǐng)域的標準工藝，例如火箭燃料箱的制造。火箭燃料箱的密封性至關(guān)重要，任何微小泄漏都可能導致發(fā)射取消。而萬一有泄漏而未發(fā)現(xiàn)，那么在此情況下啟動火箭發(fā)動機就會招致災難。出于這點考慮，航天企業(yè)傾向于使用保險系數(shù)更高的激光技術(shù)。 02 連接不同材質(zhì) 超短脈沖激光器因其精確的能量控制，在焊接兩種不同的材料時也能確保氣密性且不會造成破裂。例如玻璃和金屬的焊接。這類組合尤其適用于衛(wèi)星上的光學部件或空間站的窗戶。激光焊接的核心優(yōu)勢在于：它是一種直接連接方式，這意味著可以免除使用螺栓連接或熱敏粘合劑的麻煩，從而減輕重量。 直接連接合成材料與金屬 美國國家航空航天局（NASA）已測試了玻璃與殷鋼（一種特殊合金）的超短脈沖焊接，并計劃投入使用。在多數(shù)情況下，將玻璃與另一種材料的直接焊接，或?qū)⒉Ａc玻璃焊接在一起是在太空中使用玻璃的唯一辦法。利用短脈沖激光將碳纖維增強型熱塑性合成材料或其他合成材料與金屬直接焊接，已逐漸取代了傳統(tǒng)的螺栓連接。 03 增材制造的結(jié)構(gòu)件 衛(wèi)星攝像頭的支架 每減重一公斤，發(fā)射成本便隨之降低。對于火箭來說，自重更輕就意味著更多的有效載荷。而如果有效載荷本身的重量就較輕，那么發(fā)射費用也會更便宜。 這促使企業(yè)采用增材制造結(jié)構(gòu)件（如攝像頭支架），以最少的材料實現(xiàn)功能性設(shè)計。這種變革不僅減輕了部件重量，還通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計提升了強度。此外，3D 打印比車削之類的傳統(tǒng)機加工藝要實惠得多，尤其是對于鎳基合金之類的高溫合金來說。在航天領(lǐng)域，3D 打印已成為不可或缺的技術(shù)。 04 衛(wèi)星通訊 太空中的數(shù)據(jù)傳輸正邁向激光信號時代。低地球軌道衛(wèi)星以每秒約7.8公里的速度繞地飛行，僅依賴單顆衛(wèi)星通信無法維持穩(wěn)定連接，因此需要構(gòu)建衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)。未來，低地球軌道衛(wèi)星將通過激光實現(xiàn)信息交換，以激光信息束跨越數(shù)千公里傳輸數(shù)據(jù)。同時，軌道與地球之間的數(shù)據(jù)交換也將逐步改用激光技術(shù)，其傳輸速率可比無線電快一百倍。 激光數(shù)據(jù)傳輸 流媒體、人工智能云計算、物聯(lián)網(wǎng)以及其他諸多基于數(shù)據(jù)的服務(wù)，推動了人們對數(shù)據(jù)交換需求的迅速增長。此外，激光信號還具備防攔截特性。目前，激光數(shù)據(jù)傳輸已應(yīng)用于高科技軍事衛(wèi)星，實現(xiàn)衛(wèi)星間及衛(wèi)星與地球的數(shù)據(jù)交換。專家預測，未來十年內(nèi)，激光數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)將逐步擴展至商業(yè)網(wǎng)絡(luò)。 05 增材制造火箭發(fā)動機和推進器 （也可加工銅材?。?/strong> 雙金屬材質(zhì)的火箭噴口 火箭發(fā)動機和推進器（用于探測器或衛(wèi)星實施校正、制動或加速的小型發(fā)動機）需要內(nèi)置的燃料冷卻槽才能正常運行。對于壁厚較小的微型推進器，增材制造工藝是其唯一的選擇，而對于較大的推進器來說，這種工藝則是最經(jīng)濟的方案。 對于內(nèi)置有槽的較大結(jié)構(gòu)，如發(fā)動機噴口，也可以采用激光金屬熔覆工藝來制造。其一大優(yōu)勢是能夠加工雙金屬結(jié)構(gòu)，按功能需求組合不同材料。例如，噴口內(nèi)部可選用銅以優(yōu)化熱流性能，外部則用高強度的鎳基合金層來保證穩(wěn)定性。
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