「土味」科技勃發 飛天使命必達

　　神舟飛船交會對接系統的捕獲鎖、對接鎖等關鍵部件採用稀土永磁電機。

　　圖為「神舟」與「天宮」交會對接示意圖。

　　新華社發

　　提純後的稀土。

　　百 度

　　稀土永磁電機內部結構。

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　　稀土是一種戰略性資源，具有許多其它元素和材料所不具備的光、電、磁特性，在現代科技與產業發展中發揮著重要而獨特的作用。就中國太空科技和太空產業發展成就而言，稀土和稀土科技功不可沒，在太空核心元器件研制、重大科技項目攻關過程中，「土味」日益濃厚，不斷開辟中國太空事業發展的新境界。

　　引導太空器發射入軌

　　運載火箭分秒不差地把有效載荷送達到地球軌道；導彈要跨越戰區準確到達預定位置並成功擊毀目標，這些都離不開精確的導航系統和導引裝置。

　　眾所周知，導航和導引裝置非常精密且複雜。從工作原理上來說，它們都離不開一個可以進行精確調節的穩定磁場，而這個磁場一般是通過永磁材料來做到的。

　　其實，早期所用的鐵氧永磁材料，想要形成一個滿足要求的磁場源，整個設備就必須做得很大，而且性能還不可靠。然而稀土永磁材料的問世，成功地解決了這一問題。

　　稀土永磁材料是稀土金屬原子與過渡金屬原子所構成的金屬間化合物為基礎的永磁材料。相比於鐵氧材料它具有高剩磁、高矯頑力和高磁能積的特點，發展至今形成了釤鈷永磁和銣鐵硼兩大稀土永磁材料系列。

　　銣鐵硼的磁能積可達到鐵氧材料的數十倍，也被稱為「永磁之王」，但由於其熱穩定性和抗腐蝕性不如釤鈷，因此兩大系列的稀土永磁材料在不同電磁系統和設備中都有廣泛應用。它們具備優異性能的同時還具備了體積小、重量輕等特點，十分貼合太空裝備的需求。

　　在火箭導航系統的陀螺儀中，是用釤鈷永磁輻射環來控制電機速度，調整火箭方向，助其準確進入預定軌道的。

　　精確制導不可或缺

　　導彈的制導方式雖然多樣，但無論是射頻制導、光學制導還是多模復合制導，稀土材料都不可或缺。無論是主動還是被動雷達制導，雷達需要永磁體形成的磁場來控制帶電粒子的運動，以便做到高頻或超高頻振蕩，以及微波信號的放大和接收。而雷達微波發射系統的環形器和微波接收系統的隔離器一般都由銣鐵硼材料制成。

　　雷射制導則完全建立在稀土材料基礎之上。目前，世界上大約有90%的雷射材料都涉及到稀土，其中以稀土石榴石體系應用最為廣泛，它具有良好的機械強度和導熱性，吸收和發射譜線都是均勻增寬，熒光譜很窄，是脈沖雷射器的核心。

　　另外，對於光纖制導的導彈來說，鈥和鐿是通訊和放大器件必不可少的材料。

　　適應太空惡劣運行環境

　　稀土永磁材料擁有高磁能積的特點，使採用稀土永磁材料制成的電機具備重量輕、體積小、輸出功率大、動態特性好、控制精度高、能耗低、可靠性高、壽命長、使用溫度範圍寬、形狀靈活等諸多優點，特別適合軌道飛行器上工作環境惡劣、需要可靠精準控制動作的系統。

　　衛星上提供能源、做到通訊觀測和遙測功能的各種設備的展開機構和伺服機構都使用了稀土永磁電機來作為驅動。

　　比如，大陸的風雲三號氣象衛星，它的太陽能電池陣展開機構使用的就是釤鈷永磁有刷直流電動機；北斗導航衛星的天線展開機構則使用的是銣鐵硼永磁有刷直流電機；風雲二號氣象衛星的太陽光源測試伺服系統使用的是稀土永磁電機，做到了其超強的控制精度，系統運行5年零8個月，誤差僅為1秒。

　　打造太空探測關鍵裝備

　　稀土永磁電機還廣泛地應用在其他軌道飛行器和太空器的作動器上。比如，大陸的神舟載人飛船交會對接系統的捕獲鎖、對接鎖以及用於吸收對接碰撞能量的電磁阻尼器都採用稀土永磁電機；導彈上用於控制導彈飛行姿態的方向舵也是靠稀土永磁電機來驅動。

　　一些衛星載荷上還會利用稀土超磁致伸縮材料，做成高響應速度、高控制精度的致動器或微型馬達，用來做到精確定位、精密位移和降噪減震等功能，主要應用在衛星上的光學觀測設備上。

　　比如，用於探測宇宙中奇異物質(比如暗物質和反物質)的阿爾法磁譜儀上的魔環結構永磁體就使用了銣鐵硼材料來形成均勻磁體。

　　衛星通信和衛星廣播所用的微波管是使用前文提到過的稀土永磁材料，來做到微波信號放大和接收的功能的。

　　特殊性能材料應用廣闊

　　在衛星和深空探測器上逐漸應用的電磁推進發動機，就使用了稀土永磁材料來形成磁場。

　　太空器和導彈上用於監測工作狀態的很多傳感器也使用了稀土永磁材料來將機械能轉換為電信號。

　　稀土非常有意思，除了可以做到金屬材料的組織優化，大幅提升合金的強度和可塑性之外，還能做到合金材料內部的細化，大大改善金屬材料的機械性能、物理性能和加工性能。

　　目前，稀土鎂合金已代替鋁合金應用於太空器的艙門和口蓋等部位。用了稀土鎂合金之後，大幅降低了結構的重量。

　　另外，在太空器和導彈產品上應用得比較廣泛的鈦合金熔模精密鑄造中，有稀土成分的氧化釔型殼不僅性能穩定、價格低廉，在比重、硬度和對鈦液的穩定性方面也都有較高水平。

　　如果說鋼鐵產量是一個國家工業化發展的標尺，那麼稀土材料的應用則體現著一個國家高技術領域的實力。隨著人類社會向信息化、智能化的不斷深入發展，被譽為「新材料、新技術之母」的稀土材料必將發揮更大的作用，尤其是在太空高技術領域應用也將越來越普遍。

　　(作者為中國太空科工集團工作人員)

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