碳纤维复合材料在航天器结构中的应用航天飞行器的重量每减少1公斤，可使运载火箭减轻

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碳纤维复合材料在航天器结构中的应用

航天飞行器的重量每减少1公斤，可使运载火箭减轻500公斤，因此碳纤维复合材料成为实现火箭结构轻量化的关键材料。目前火箭飞行维持器的主要结构如翅片筒、鼻锥、机身等均可采用碳纤维复合材料(CFRP)来降低重量，使火箭在质量上比铝合金材料减少10% - 25%。

碳纤维复合材料在运载火箭上的应用同样具有重要意义。火箭的结构轻量化是提高运载能力的关键，而碳纤维复合材料的使用正好满足了这一需求。Neutron号火箭是全球第一个采用碳纤维复合材料结构的大型运载火箭。其结构由一种新的、特殊配方的碳纤维复合材料组成，具有重量轻、强度高的特点，能够承受发射和重返大气层时的巨大热量和力量。这种设计不仅提高了火箭的性能，还降低了制造和发射的成本。

碳纤维复合材料还可用于制造固体发动机壳体结构、箭体整流罩、仪器舱、级间段、发动机喷管喉衬、卫星支架、低温贮箱等部件。

例如，日本的M5火箭、法国的阿里安娜2型火箭、欧洲的织女星运载火箭以及俄罗斯的Proton M火箭都采用了碳纤维复合材料，以实现火箭的轻量化和高强度。美国的大力神4运载火箭也采用了碳纤维IM7/8552复合材料，进一步提升了火箭的性能。

据统计，导弹固体火箭发动机第三级结构质量每减少1kg，可增加有效射程 16km，因此自20世纪80年代以来，多种战术导弹的固体发动机壳体等结构开始使用复合材料，如美国新一代空面巡航导弹 ACMI58-JASSM为了大幅度地降低成本、减轻弹体重量，不仅弹翼、尾翼、进气道采用复合材料，整个弹身全部舱段都采用了碳纤维复合材料，全弹减重了30%，成本降低50%。

我国研制CFRP壳体也取得了长足进步，第一个用在型号上的是“开拓者一号”固体小运载发动机的第四级，并于2003年9月飞行成功，实现了CFRP壳体的历史性跨越。

2023年我国力箭一号发射，500公里太阳同步轨道运力1.5吨，起飞重量135吨，运载系数大概是1.1%，力箭一号选用了碳纤维复合材料外壳。标志着中国的碳纤维生产技术不断提高，最终攻克了T700、T800高性能碳纤维生产技术。