碳纤维/环氧树脂基复合材料再立新功，助力欧洲航天局的星际探测器驶往木星卫星

格林威治标准时间4月14日12时14分（北京时间4月14日20时14分），欧洲航天局（European Space Agency，ESA）JUICE（木星Icy卫星探测器）从位于法属圭亚那的欧洲太空港搭乘阿丽亚娜5号火箭发射升空。

这项发射任务重要意义体现在：它是有史以来向木星最大的冰卫星发射的第一艘航天器，JUICE计划将使欧洲航天局能够比以往任何时候都更详细地探索和研究这些卫星。

由于此次旅程距离超长，因此，欧洲航天局与空中客车公司合作制造了JUICE航天器，它所拥有的太阳能电池阵列是为星际航天器建造的最大太阳能电池阵列，这种电池阵列基板在面板、边缘构件和贴片上都使用了日本东丽子公司——东丽先进复合材料（Toray Advanced Composites，TAC）公司的Toray RS-36，并使用日本东丽M55J级高模量碳纤维增强制备而成。

木星卫星探测计划

此次任务将探索木星的三颗伽利略卫星：木卫三、木卫四和木卫二。JUICE将对这些行星大小的卫星（最大的木卫三Ganymede大约是地球的一半大）进行调查，以确定其表面下是否存在液态水。

水的发现可能是太空探索的一个重大突破，因为它将增加某种形式的生命在月球地壳下生存的可能性。为了揭开这些卫星的秘密，JUICE宇宙飞船将在2.5年的时间内重复绕卫星运行，以创建精确的表面地图，从而确定它们的组成。

发射后，JUICE需要耗费8年时间、接近50亿公里的路程才能到达目的地。该航天器将于2031年7月开始其首次轨道运行，并于2034年12月完全离开。为了实现这一目标，该飞船将在金星、地球和火星进行几次重力辅助“飞越”（利用行星的引力场推动飞船并引导飞船飞向预定目标）。

首次引力推进发生在2024年8月，在地球和月球的引力辅助作用下，JUICE将进行加速，然后在2025年，它将经金星再次加速，在2026年9月和2029年1月，它将两次经由地球加速，并最终在2031年7月抵达木星。

基于先进复合材料的太阳能阵列基板

为了帮助制造一艘能够应对深空极端条件的航天器，欧洲航天局与空中客车公司合作制造了JUICE航天器。在这个过程中，他们使用了TAC公司提供的复合材料，制造了用于卫星的先进刚性阵列(ARA) Mk4太阳能阵列系统的基板。

ARA Mk4太阳能电池阵列体现了巨大的创新性，因为它们将使航天器能够由太阳能提供动力，以完成其旅程，尽管从木星到太阳的距离为74089万公里。JUICE的太阳能电池阵列是为星际航天器建造的最大太阳能电池阵列，表面积达到85平方米，能够承受+110°C至-230°C的温度。

JUICE的ARA Mk4太阳能电池阵列的基板在面板、边缘构件和贴片上都使用了Toray RS-36。这是一种满足空间要求的环氧基热固性预浸料，由位于英国诺丁汉兰利工厂提供。基于独特的空间领域应用及高刚度、高强度等特性要求，所使用的增强纤维应为日本东丽M55J型高模碳纤维。

实际上，在本公众号前期文章中《东丽M55J高模量碳纤维复材用于欧洲航天局最新航天器任务》中已有关于该款型号预浸料的应用介绍，2020年9月3日，欧洲航天局通过其小型航天器任务服务（SSMS）模块化共享系统成功发射并部署了50多颗卫星。SSMS系统使用轻质夹心板结构制备而成，其中蒙皮结构采用了全碳纤维复合材料，外壳使用Toray RS-36型树脂和复合材料，它是通过使用日本东丽M55J级高模量碳纤维对环氧树脂基体进行增强制备而成，可以为整体结构提供强度、刚度和稳定性（阅读原文）。

Toray RS-36碳纤维/环氧树脂基预浸料

Toray RS-36是一种用于结构复合材料应用的先进改性环氧树脂系统。RS-36提供了机械性能、低吸湿性、高玻璃化转变温度和一系列加工方案的极好平衡，其工艺固化温度为177°C(350°F)。

典型特征：

• Tg、韧性、模量和机械性能的良好平衡
• 低吸湿性和低放气性
• 真空袋和热压罐加工
• 适用于卫星用高模量纤维
• 主要用于卫星结构及尺寸稳定的结构

该款树脂的其他典型特性如下表所示：

该款树脂可以与日本东丽多款高模碳纤维如M40J、M55J等结合使用，其中通过日本东丽M55J型高模碳纤维增强后，得到的复合材料拉伸强度、拉伸模量分别为2021MPa、310GPa，压缩强度则高达966MPa。

封面来源于图虫创意