轻如鸿毛 重如泰山——玻璃钢的前世今生

20世纪五六十年代是极不寻常的年代，中华人民共和国成立后，面对着帝国主义的军事压制，作为党和国家第一代领导人，毛泽东同志说：“我们也要搞人造卫星！”

一声令下，哈尔滨玻璃钢研究院（以下简称“哈玻院”）等相关研究机构成立，一大批老前辈义无反顾地投身人造卫星这一神圣而伟大的事业中来。

1970年4月24日，中国第一颗人造卫星“东方红一号”发射成功，一曲《东方红》响彻太空。

中国成为继苏、美、法、日之后，第5个独立发射卫星的国家。

“东方红一号”不仅达到了全部设计要求，而且至今在轨飞行，并可能继续飞行数百年。它是中国航天史上的一座丰碑，激励着一代代航天人奋勇向前。

“东方红一号”玻璃钢点火器

在飞行器投入运行的过程中，第一大挑战就是发射。“东方红一号”发射所用的点火器就是由哈玻院承制的。

而点火器材料，正是玻璃钢。

我父亲的一个朋友，曾经专门打电话询问我：“云峰，我们家正在装修，你帮我看看，什么玻璃比较好呀。”我说：“叔叔，我做的是玻璃钢，不是玻璃，玻璃钢和玻璃，是两种不同的材料。”

这是不是也解答了很多人的疑问呢？玻璃钢，不是玻璃，它的学名叫作“纤维复合材料”。

什么是复合材料？其实，复合材料就在身边。比如，钢筋混凝土。水泥本身的强度有限，当它无法提供足够的支撑时，就在其中加入钢筋来增强它的强度。克服单一材料的缺点，提供单一材料本身所没有的新性能，这正是复合材料的意义。

而纤维复合材料的成型也大体如此。它是由树脂基体和纤维增强材料共同作用而成的。纤维是一种无机非金属材料，一根纤维的直径只有5微米。5微米是多大呢？可以抓起一根头发感受一下，一根纤维的粗细只有一根头发的十分之一。但它的强度却可以做到铝合金的4倍以上。

在复合材料中，纤维就是“钢筋”。

那么树脂又是什么呢？其实圆珠笔的外壳、矿泉水瓶，都是由树脂固化而成的。

树脂就是“水泥”。

可以做一个这样的比喻：纤维是骨，树脂是肉，有骨无肉一盘散沙，有肉无骨弱不禁风。骨肉相连，才能强劲有力。

那复合材料又有哪些性能优势呢？

它具有良好的绝缘性、很强的耐热性、优异的耐腐蚀和机械性能，而最重要的，它的密度只有传统钢铁的四分之一，是真正轻如鸿毛的轻质高强材料。

在下图中，几个美国大兵竭尽全力举起一根木桩，妇女艰难地举起一根木桩。而我们的女工轻描淡写举起一根圆杆。这根圆杆，正是复合材料杆塔。

女工轻易举起复材杆塔

这就是复合材料轻质的优势。正因如此，它可以更容易地输送到传统材料难以到达的地方，也可以更合理地应用到传统材料不能胜任的场景。

我们的复合材料杆塔已经远销8个国家。无论是在沿海、矿坑，还是高山、沙漠，复合材料，使命必达。

此外，复合材料还有哪些应用价值呢？其实，在很多重要领域，都有复合材料的身影。

在电子设备领域，它是绝缘的上品材料；在航空航天领域，它是耐高温的强大护盾；在建筑建材领域，它是强化加固的一把好手；在交通运输领域，它是轻量化的不二之选……

它的价值重如泰山！

有这样一组数据：一架民用客机每减重1千克，全寿命运营成本可节约22万元。

而波音梦想客机的整机复材占比更是达到了50%，也因此成为了航空史上首架超长程中型客机。

不仅如此，轨道交通也因复合材料而开启新的篇章。今天，动车组的复合材料应用，已经超过了30%。

动车组复材应用

从蒸汽机时代、内燃机时代，再到高速列车时代，轨道交通提速至每小时600 千米指日可待。

2022年7月24日，中国在文昌航天发射场使用长征五号运载火箭将“问天”实验舱精准送入预定轨道，发射任务取得圆满成功。

“问天”实验舱是当今世界最大单体载人航天器，它全长17.9米，最大直径4.2米，发射质量23吨。

哈玻院团队承制了“问天”实验舱多项重要结构部件。太阳翼收纳箱、电源定向结构、推进结构等。

团队承制“问天”结构部件

在飞行器投入运行的过程中，第一大挑战是发射，而第二大挑战则是展翼。太阳翼是“问天”在空间中的能量源泉。

“问天”的太阳翼全展超过55米，堪比半个足球场。所以发射前，必须对太阳翼进行折叠压缩，压缩至一本书的厚度。

“问天”太阳翼折叠压缩示意

而在轨展开后，太阳翼受到的微小抖动，都会导致实验舱的控制精度大大下降。

为此，国内研究团队采用超薄复合材料设计制造了太阳翼的保护结构——收纳箱和隔离板，攻克了复材耐受空间环境和尺寸稳定性等一系列技术难题，做到了“减体重、减体积”却“不减功能和能量”，让太阳翼能够“张弛有度、收放自如”且“万无一失”。

“问天”实验舱成功发射，而“梦天”实验舱紧随其后，“神舟”十三号、十四号、十五号接力腾飞，中国空间站向世界宣告全面建成。

建造空间站、建成太空实验室，是实现我国载人航天工程“三步走”战略的重要目标。从“长征”出征、“神州”飞天到“嫦娥”奔月、“天宫”揽胜，多年来，在祖国逐梦航天的道路上，哈玻院等相关团队一直输送着高性能复合材料产品。

作为我国第一个漫步太空的女航天员，王亚平在党的二十大上说：“要问航天事业带给我的最深刻的感受，一个是时代的力量，另一个是传承的力量。”

没错，我们传承先贤的智慧，扛起父辈的旗帜。

“九天之际，列星安陈”。

因为梦天，所以问天。

千年的探索，从未放弃，前赴后继，代代接力。

53年前，我们把“东方红”送上太空，扬眉吐气。

今天，我们成功发射了领先世界的庞然大物，在太空又多了一份牵挂和自豪。

心有翼，自飞云宇天际；梦无垠，当征星辰大海。

请祖国和人民放心，我们定会牢记使命，勇攀高峰，强我国防，再造大国利器！

推介单位 | 中国建筑材料科学研究总院有限公司科协

演讲者 | 张云峰

编辑排版 | 倪妮

审核 | 六朵 苍翼蝴蝶 苏苏

文中图片 | 选手提供

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来源：科协频道

编辑：阿泊