當(dāng)前，研制低成本火箭已成趨勢。而降低火箭成本最有效的途徑，就是降低火箭的結(jié)構(gòu)質(zhì)量，提高有效運(yùn)載能力。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，設(shè)計(jì)師們各顯神通。這不，有的設(shè)計(jì)師就把目光投向了動物。

經(jīng)過億萬年的進(jìn)化，動物的身體擁有許多輕巧而穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)，這對運(yùn)載火箭以及未來新型航天飛行器的設(shè)計(jì)，具有重要的借鑒意義。自20世紀(jì)中葉，仿生學(xué)概念被正式提出以來，各國的學(xué)者對仿生結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行了廣泛而深入的研究，在仿生產(chǎn)品的開發(fā)上，更是投入了大量人力和物力。

譬如，國外在20世紀(jì)30年代，就利用鋁箔制成六角形鋁蜂窩芯。其方法便是仿制蜻蜓后翅膀結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)材料用在飛機(jī)上，能有效減輕飛機(jī)重量。

后來，有的學(xué)者通過模仿鳥的頭骨，設(shè)計(jì)了輕質(zhì)高強(qiáng)殼結(jié)構(gòu)，用于對新型飛行器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行減重，取得了良好的實(shí)際效果。

還有人發(fā)現(xiàn)，巨嘴鳥的喙雖然質(zhì)量很輕，但具有大的比剛度和比強(qiáng)度。在觀測其斷面結(jié)構(gòu)后，發(fā)現(xiàn)它是一種典型的“三明治結(jié)構(gòu)”，外部由角質(zhì)層及密閉的纖維網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，其角質(zhì)層具有很高的強(qiáng)度和彈性模量，這對仿生輕質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有重要的意義。

近年來，國內(nèi)航空航天類高校也開始在仿生結(jié)構(gòu)的研究上發(fā)力。

有的高校開展了甲蟲鞘翅生物材料微結(jié)構(gòu)和材料拓?fù)浞植家?guī)律的研究，發(fā)現(xiàn)甲蟲鞘翅是一種“橋墩”狀連接的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)，鞘翅各纖維層間呈平行、經(jīng)緯或螺旋狀交織，材料分布具有拓?fù)浞植家?guī)律，對新型輕質(zhì)高強(qiáng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)的借鑒意義。

目前，中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院研發(fā)中心也在利用3D打印技術(shù)和仿生結(jié)構(gòu)技術(shù)，開展航天飛行器結(jié)構(gòu)樣件的研制工作。通過試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在可承受的載荷相同時(shí)，通過模仿甲蟲鞘翅設(shè)計(jì)而成的新型部件，其結(jié)構(gòu)質(zhì)量比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)減輕超過20%，并且制造速度遠(yuǎn)超傳統(tǒng)工藝，加工形狀也很自由。

相信在不久的將來，仿生結(jié)構(gòu)技術(shù)將正式應(yīng)用在我國火箭上，為開展低成本商業(yè)發(fā)射貢獻(xiàn)力量。

本文內(nèi)容來自公眾號“中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院”，ID：casc_calt