聚焦SMP | Fine Tubes 管材助力太阳系解密

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欧洲航天局（ESA）最复杂的科学实验室目前正致力于太阳相关的研究工作，先前发射的太阳轨道探测器Solar Orbiter克服各种太阳近距轨道的极大技术挑战，不断发回有关该恒星起源及性质的珍贵数据。2020年2月，欧洲航天局的科学家启动了一项为期7年的研究任务，他们希望通过此项任务解决一些关键性问题，包括太阳11年磁活动周期、太阳发热过程、太阳风起源以及太阳活动如何影响我们的星球。

2021年11月，Solar Orbiter探测器在穿越距离我们地球4200万公里的位置时，其配置的6台遥感仪器和4台原位仪器执行了多项例行的科学操作。目前该太阳轨道探测器已获取了有关太阳磁极翻转起源的实质性数据，根据这些数据可以确定磁极翻转可能导致太阳风的加速，与此同时该探测器还首次拍摄到了太阳极地和水星凌日的特写照片。然而，收获这一成果并非易事。

Solar Orbiter探测器不仅承受着比环绕地球运行的卫星高13倍的太阳光强度，而且还需要承受太阳大气层爆炸产生的原子粒子所带来的高能冲击。为了建造一艘能够保护自身，也能够保护其有效载荷精密仪器免受高温和灼热条件影响的飞行器，不仅需要国际间紧密合作，而且需要卓 越的技术创造力。

推进系统的重要组成部分

太阳轨道探测器Solar Orbiter以Helios 1和2、Ulysses、以及SOHO这些欧洲长期以来主导研发的太阳探测器为基础而建造，并与美国航空航天局（NASA）合作最 终开发完成。NASA也在该项目中提供了发射器和科学类有效载荷的仪器。Astrium英国公司获得了Solar Orbiter探测器的开发建造合同。为了顺利完成此项工作，该公司组织领导了一个由全 球供应商组成的专业团队。其中包括OHB瑞典公司，该公司负责完整的太空任务、卫星和航天器子系统。

在姿态和轨道控制系统（AOCS）和化学推进系统（CPS）的支持下，Solar Orbiter探测器在其太阳之旅中借助了金星和地球的引力作用，实现了一系列复杂操作，并最 终进入了环绕太阳运行的轨道，此后每5个月该飞行器便会到达距离太阳最近的点位。其在最 高运行速度下会进入某个几乎静止的轨道，由此完成各种前所未有的观测任务。

由于该探测器的化学推进系统（CPS）需要配置高比强度的精密管材，OHB 瑞典公司与Fine Tubes签订了大量的9级钛管生产订单。选择Fine Tubes的原因是，该企业具备过硬的制造经验和历史业绩，能够按最严格的规范要求生产高质量的精密管材，由此可确保这些管子在最为关键的应用上性能不会失效。

直面太阳系探索的艰巨挑战

Solar Orbiter探测器的性能基于其抵抗太阳高温及能量的能力。值得一提的是，“日冕物质抛射”的高能冲击不仅会破坏卫星通信和配电系统，还会导致计算机崩溃。科学家利用Solar Orbiter提供的数据，能够更好地了解这些强烈、破坏性现象的根源。

近距离观察此类太阳活动意味着，太阳轨道探测器必须具有相当高的防护性能才能在22条太阳轨道上克服恶劣环境和500°C极端温度造成的影响。在这种极具挑战的服役环境下使用钛管意味着必须改进其传统的制造工艺，使其满足更严苛的技术规范。

Fine Tubes在精密制造管材工艺方面有着丰富的专业经验，能够满足客户的特定要求，继而推动现有的航空航天技术进一步发展。这其中就包括满足太空操作的关键要求：卓 越的清洁度、恶劣环境中的服役能力和免维护设计。

精密管材应用于太空旅行

创新能力对航空航天工业而言至关重要。制造商的主要驱动力是开发符合更高性能要求、同时重量和成本更低的新材料。为此，Fine Tubes的工程师和冶金专家与客户一起开发定制精密管材解决方案，满足客户的个性化应用需要，同时实现自身生产技术的不断进步。选择钛作为太阳轨道探测器Solar Orbiter的主要合金是因为其有着优良的强度重量比。

在太空领域，客户对于材料性能有着极高的要求，为此Fine Tubes使用了一种成熟的航空航天材料——无缝钛管（Ti 3Al-2.5V）。该公司充分利用其专业知识开发了适用于Solar Orbiter探测器的专用钛合金，此类钛合金在保留了基本的冷加工性能的同时，具备高的强度重量比。Fine Tubes供应的9级钛管可按小尺寸规格要求并以最 高的清洁度标准生产制造。

由此不仅可以进一步优化Solar Orbiter 探测器的设计，而且更容易满足其严格的重量限制——发射重量仅为1720公斤；同时材料本身优异的力学性能也给了设计师充分的信心，这点尤为关键，因为在太阳轨道上没有后续维修的机会或可能性。随着任务的顺利进行，未来Solar Orbiter探测器将会揭示更多与太阳相关的秘密，2026年12月任务结束之后，该飞行器将有望执行其他扩展的任务。

截至2023年的今天，Solar Orbiter探测器的太阳系探索任务没有出现任何操作问题，并且仍在持续提供新的信息——这无疑证明了在当前的技术极限下，所有参与方在如此高精度工程里的精湛技艺。