2024年3月24日发(作者：修熠彤)
铝合金、镁合金在航天器上的应用实例
摘 要：
随着中国航天事业的发展，未来的航天器将朝着长寿命、大型化、高承载、轻量
化、高尺寸稳定性，以及耐受复杂空间环境等方向发展，其中离不开材料的发展。本文就其
中应用比较广泛的铝合金和镁合金，对其在航天器中的应用实例进行介绍以及关键的制造技
术与发展方向进行介绍。
关键词：
铝合金 镁合金 应用 制造技术
1 引言
我国航天事业的未来发展重点包括：载人航天空间站、高分辨率对地观测系统、深空探
测、空间科学、在轨服务平台和激光通信卫星等。这些航天器的特点是：长期在轨运行、体
积和质量大幅增加、需要配置更多的载荷和燃料、承受更加复杂的空间环境，对形状精度及
其保持能力要求更高。为满足上述需求，航天器未来将朝着长寿命、大型化、高承载、轻量
化、高尺寸稳定性，以及耐受复杂空间环境等方向发展。
[1]
长寿命：空间站在轨密封寿命达10年，通信卫星在轨寿命要求12年-15年，星际探测
器可能在轨道上飞行20年以上。
大型化：空间站大型舱体结构直径将超过4m，长度15m以上；卫星外包络直径4m以
上；未来载人登月舱体外包络直径达到10m以上；另外，对于空间站、大型通信卫星等航
天器，需配置大型可展结构，如大型太阳翼、天线等。
高承载： 空间站结构承载能力将达25t ；“十二五”期间，大型卫星结构承载能力9t，
未来可能达15t；载人登月着陆器承载能力达30t以上。
轻量化：结构占航天器总质量的百分比下降到6%甚至更低。
高尺寸稳定性：要求航天器结构单向变形比达到0.1ppm/℃量级，以减小在空间交变热
环境对载荷指向精度的影响。
[2]
耐受复杂空间环境：如耐受月面-180℃-150℃的交变温度环境、其它行星表面环境，以
及再入和行星进入热环境等。
而材料是形成航天器结构的基础，航天器结构的性能和可靠性在很大程度上取决于材料
的性能。为了降低航天器结构的重量、提高结构的刚度和强度，虽然可以在结构型式、尺寸
等方面进行各种设计和改进，但最直接和最有效的途径是选择密度小而弹性模量和强度高的
材料。
[3]
铝合金材料的特点是密度低，有较高的比模量和比强度值；导热性和导电性良好；抗腐
蚀性能好；制造工艺性能良好。故其一直是航天器上最主要的结构材料之一。
镁合金材料具有比强度、比刚度高，阻尼性好等优点，是有效解决航天器轻量化需求的
轻质金属材料。如今在航天器上也得到了广泛的使用。
2 铝合金的应用及制造技术
铝合金因其密度低，有较高的比模量和比强度值；导热性和导电性良好；抗腐蚀性能好；
制造工艺性能良好，在航天器上做为最主要的结构材料，被大量使用。
其中铝锂合金材料是近年来航空航天材料中发展最为迅速的一种先进轻量化结构材料，
具有密度低、弹性模量高、比强度和比刚度高、疲劳性能好、耐腐蚀及焊接性能好等 诸多
优异的综合性能。用其代替常规的高强度铝合金可使结构质量减轻10%-20%，刚度提高
15%-20%，
[4-8]
因此，在航空航天领域显示出了广阔的应用前景，本文对铝锂合金进行详细的
介绍。
2.1
铝锂合金的应用
近年来，国内外铝锂合金的研制和成形技术日渐成熟，因此在航天器的设计与制造中大
量使用了铝锂合金，如“奋进号”航天飞机的外贮箱
[9]
（图 1）、“天宫一号”的资源舱和太
阳电池翼（图 2）。
图 1 奋进号航天飞机与外储箱
图 2 天空一号
据统计，每减轻1kg结构重量可以获得10倍以上经济效益，所以密度较低的铝锂合金
受到航天工业的广泛重视。铝锂合金已在许多航天构件上取代了常规高强铝合金。其中，美
国的应用发展非常快，在航天工业上的应用尤为突出。
2024年3月24日发(作者：修熠彤)
铝合金、镁合金在航天器上的应用实例
摘 要：
随着中国航天事业的发展，未来的航天器将朝着长寿命、大型化、高承载、轻量
化、高尺寸稳定性，以及耐受复杂空间环境等方向发展，其中离不开材料的发展。本文就其
中应用比较广泛的铝合金和镁合金，对其在航天器中的应用实例进行介绍以及关键的制造技
术与发展方向进行介绍。
关键词：
铝合金 镁合金 应用 制造技术
1 引言
我国航天事业的未来发展重点包括：载人航天空间站、高分辨率对地观测系统、深空探
测、空间科学、在轨服务平台和激光通信卫星等。这些航天器的特点是：长期在轨运行、体
积和质量大幅增加、需要配置更多的载荷和燃料、承受更加复杂的空间环境，对形状精度及
其保持能力要求更高。为满足上述需求，航天器未来将朝着长寿命、大型化、高承载、轻量
化、高尺寸稳定性，以及耐受复杂空间环境等方向发展。
[1]
长寿命：空间站在轨密封寿命达10年，通信卫星在轨寿命要求12年-15年，星际探测
器可能在轨道上飞行20年以上。
大型化：空间站大型舱体结构直径将超过4m，长度15m以上；卫星外包络直径4m以
上；未来载人登月舱体外包络直径达到10m以上；另外，对于空间站、大型通信卫星等航
天器，需配置大型可展结构，如大型太阳翼、天线等。
高承载： 空间站结构承载能力将达25t ；“十二五”期间，大型卫星结构承载能力9t，
未来可能达15t；载人登月着陆器承载能力达30t以上。
轻量化：结构占航天器总质量的百分比下降到6%甚至更低。
高尺寸稳定性：要求航天器结构单向变形比达到0.1ppm/℃量级，以减小在空间交变热
环境对载荷指向精度的影响。
[2]
耐受复杂空间环境：如耐受月面-180℃-150℃的交变温度环境、其它行星表面环境，以
及再入和行星进入热环境等。
而材料是形成航天器结构的基础，航天器结构的性能和可靠性在很大程度上取决于材料
的性能。为了降低航天器结构的重量、提高结构的刚度和强度，虽然可以在结构型式、尺寸
等方面进行各种设计和改进，但最直接和最有效的途径是选择密度小而弹性模量和强度高的
材料。
[3]
铝合金材料的特点是密度低，有较高的比模量和比强度值；导热性和导电性良好；抗腐
蚀性能好；制造工艺性能良好。故其一直是航天器上最主要的结构材料之一。
镁合金材料具有比强度、比刚度高，阻尼性好等优点，是有效解决航天器轻量化需求的
轻质金属材料。如今在航天器上也得到了广泛的使用。
2 铝合金的应用及制造技术
铝合金因其密度低，有较高的比模量和比强度值；导热性和导电性良好；抗腐蚀性能好；
制造工艺性能良好，在航天器上做为最主要的结构材料，被大量使用。
其中铝锂合金材料是近年来航空航天材料中发展最为迅速的一种先进轻量化结构材料，
具有密度低、弹性模量高、比强度和比刚度高、疲劳性能好、耐腐蚀及焊接性能好等 诸多
优异的综合性能。用其代替常规的高强度铝合金可使结构质量减轻10%-20%，刚度提高
15%-20%，
[4-8]
因此，在航空航天领域显示出了广阔的应用前景，本文对铝锂合金进行详细的
介绍。
2.1
铝锂合金的应用
近年来，国内外铝锂合金的研制和成形技术日渐成熟，因此在航天器的设计与制造中大
量使用了铝锂合金，如“奋进号”航天飞机的外贮箱
[9]
（图 1）、“天宫一号”的资源舱和太
阳电池翼（图 2）。
图 1 奋进号航天飞机与外储箱
图 2 天空一号
据统计，每减轻1kg结构重量可以获得10倍以上经济效益，所以密度较低的铝锂合金
受到航天工业的广泛重视。铝锂合金已在许多航天构件上取代了常规高强铝合金。其中，美
国的应用发展非常快，在航天工业上的应用尤为突出。