资源简介

(共39张PPT)
跨学科实践活动10
调查我国航天科技领域中新型材料、新型能源的应用
九年级化学 下册·人教版2024
第十一单元 化学与社会
学习内容导览
了解宇航产品的材料选择
2
了解我国宇航产品的基本情况
1
3
了解宇航产品的能源选择
4
设想航天科技领域中未来的
新型材料和能源
1.了解新型材料和新型能源在我国航天科技领域中的应用，加深对物质的性质与应用、能量的转化和转移等的认识。
2.形成创新意识，进一步树立民族自豪感。
明·活动目标
引·活动导入
近年来，我国航天重大工程取得了一系列辉煌成就。“神舟”问天、“嫦娥”揽月、“北斗”指路、“祝融”探火、“羲和”逐日、“天和”遨游星辰、“悟空”“慧眼”探索宇宙奥秘……飞天逐梦变为现实，离不开对新型材料和新型能源的不断探索。
了解我国宇航产品的基本情况
01
探·知识奥秘
一、了解我国宇航产品的基本情况
1. 我国航天产品发展史
1970-04-24
东方红一号
中国首颗人造卫星，正式拉开了中华民族探索浩瀚宇宙的序幕
1999-11-20
神舟一号
中国第一艘无人试验飞船
2003-10-15
神舟五号
中国第一艘载人航天飞船
2007-10-24
嫦娥一号
中国首颗绕月人造卫星，标志着中国探月时代成功开启
2011-09-29
天宫一号
中国第一个空间实验室
2019-01-03
嫦娥四号
成功完成世界首次在月球背面软着陆
2021-05-15
天问一号
成功着陆火星，是中国首次实现地外行星着陆
2024-04-25
神舟十八号
成功完成发射
……
探·知识奥秘
一、了解我国宇航产品的基本情况
2. 我国宇航产品
长征系列运载火箭 用途 把飞船、空间站、探测器、卫星等各种航天设备送入太空
部分种类 长征二号F：主要用于发射神舟系列载人飞船
长征五号：主要用于深空探测和空间站建设，是我国迄今为止运载能力最强的运载火箭
长征七号：主要用于发射天舟系列货运飞船
中国空间站 用途 可供多名航天员巡访、长期居住和工作的航天器
构成 天和核心舱、问天实验舱、梦天实验舱、神舟系列载人飞船和天舟系列货运飞船
探·知识奥秘
一、了解我国宇航产品的基本情况
2. 我国宇航产品
飞船 神舟系列载人飞船 保障航天员在太空中正常生活和工作，以完成航天任务并安全返回地面
天舟系列货运飞船 为空间站运输补给物资和载荷、补加推进剂、在轨存储和下行废弃物资
深空探测器 中国探月工程 利用航天器对月球进行的各种探测
中国行星探测工程 “天问一号”作为我国研制的首个火星探测器，首次实现通过一次任务完成火星环绕、着陆和巡视三大目标
人造卫星 主要是指环绕地球在空间轨道上运行的无人航天器，可分为科学卫星、技术试验卫星和应用卫星三大类
【典例】我国首颗绕月人造卫星是（ ）
A．东方红一号
B．神舟一号
C．嫦娥一号
D．天宫一号
析·典型范例
C
【变式】标志着中国首次实现地外行星着陆的是（ ）
A．嫦娥四号
B．天问一号
C．神舟五号
D．神舟十八号
析·典型范例
B
了解宇航产品的材料选择
02
探·知识奥秘
二、了解宇航产品的材料选择
1. 主体结构材料
（1）金属材料
①铝合金/镁合金 ：用于舱段框架、蒙皮等基础结构，具有低密度、高比强度的特性，可减轻整体重量 。
②钛合金 ：用于高应力零部件（如连接框、转接件），强度优于铝合金，且耐腐蚀性优异 。
（2）复合材料
石墨纤维复合材料 ：应用于推进系统等关键部件，兼具轻量化和高强度特点，提升整体安全性 。
探·知识奥秘
二、了解宇航产品的材料选择
2. 外部涂层材料
（1）长寿命低比值无机热控涂层
具有良好的导热性和发射率，可提高航天器的热控制性能，保证航天器在极端温度环境下的正常运行 。
（2）返回舱舷窗防烧蚀污染涂层
可以抵抗返回舱进入大气层时的高温烧蚀和污染，保护航天员的生命安全。
探·知识奥秘
二、了解宇航产品的材料选择
2. 外部涂层材料
（3）姿控发动机热防护材料
保护航天器的姿控发动机免受高温和高速气流的侵蚀，确保发动机的正常工作 。
（4）消杂散光涂层
减少航天器表面的杂散光，提高航天器的光学性能。
（5）不锈钢灰色化学转换热控涂层
具有良好的热控制性能和化学稳定性，可提高航天器的表面质量和可靠性。
探·知识奥秘
二、了解宇航产品的材料选择
3. 功能部件材料
（1）压电陶瓷
可以将机械能和电能相互转换，在航空航天领域主要应用于卫星导航系统中的陀螺仪、加速度计等传感器，以及航天器的推进系统中的压电泵、压电执行器等部件 。
（2）有机硅材料
具有良好的导电、导热、电磁屏蔽、阻燃、灌封、自粘接、低挥发、易于施工等性能，可广泛应用于芯片封装、线路板披覆、器件散热、壳体密封、宇航空间等领域装备的制造。
【典例】2024年4月25日，搭载神舟十八号载人飞船的火箭成功发射。下列材料用途的对应性质解释不合理的是（ ）
A．偏二甲肼作火箭燃料——可燃性
B．铝合金作火箭的骨架——密度大
C．碳纤维复合材料作飞船外壳——耐高温
D．特种橡胶制成太空服加压层——弹性好
析·典型范例
B
【变式】航天员穿着的航天服使用了多种合成纤维，合成纤维属于（ ）
A．无机材料 B．合成材料
C．复合材料 D．金属材料
析·典型范例
B
了解宇航产品的能源选择
03
探·知识奥秘
三、了解宇航产品的能源选择
1. 火箭的能源
不同推进剂的特点
推进剂种类 优 点 缺 点
煤油、液氧
液氢、液氧
四氧化二氮、 偏二甲肼
液氧、甲烷
成本低、使用方便、安全无毒
存在结焦等问题
比冲高、环保
不易贮存、技术要求高
常温下接触即可发生反应、易于贮存
偏二甲肼和四氧化二氮有毒
比冲高、冷却能力强、环保、成本低
不易贮存、技术要求高
探·知识奥秘
三、了解宇航产品的能源选择
2. 航天器开展工作的能源
（1）人造卫星
①太阳能电池 ：
特点 ：清洁、持续性强，依赖太阳光照稳定运行，但进入地球阴影区时需切换备用电源 。
②化学电池（如锂离子电池） ：
特点 ：用于阴影期或应急供电，能量密度较高但容量有限，需定期充放电维护 。
探·知识奥秘
三、了解宇航产品的能源选择
2. 航天器开展工作的能源
（2）宇宙飞船
①燃料电池（如氢氧燃料电池） ：
特点 ：高效供能并生成水，适合载人任务中短期电力与生命支持需求 。
②化学电池 ：
特点 ：结构简单、可靠性高，适用于紧急备用或辅助系统供电 。

③ 太阳能电池 ：
特点 ：与空间站类似，需配合储能设备应对光照间歇性不足 。
探·知识奥秘
三、了解宇航产品的能源选择
2. 航天器开展工作的能源
（3）空间探测器
①深空探测器（如旅行者号）
核电池（放射性同位素热电发生器） ：
特点 ：不受太阳光照限制，长期稳定供能，适合远离太阳的深空任务 。
②近太阳探测器（如火星车）
太阳能电池 ：
特点 ：依赖天体表面光照，需设计防尘、耐极端温度结构 。

探·知识奥秘
三、了解宇航产品的能源选择
2. 航天器开展工作的能源
（4）空间站
①大型太阳能电池阵 ：
特点 ：通过大面积光伏板获取充足电力，可调节角度最大化光照效率 。
②化学电池储能系统 ：
特点 ：储存阴影期所需能源，支持空间站连续运行。
【典例】嫦娥六号探测器的发射火箭用到了无污染的高能燃料。该燃料最有可能是（ ）
A．液氢 B．甲烷 C．酒精 D．石油
析·典型范例
A
【变式】长征七号遥七运载火箭采用液氧和煤油作为推进剂，下列说法不正确的是（ ）
A．液氧中氧元素的化合价为-2价
B．将氧气压缩为液氧，氧分子间隔减小
C．该推进剂中液氧作为助燃剂
D．该推进剂中煤油作为燃料
析·典型范例
A
设想航天科技领域中未来的新型材料和能源
04
探·知识奥秘
四、设想航天科技领域中未来的新型材料和能源
1. 新型材料
（1）太空金属3D打印（增材制造）
2026年1月，中国科学院力学研究所联合中科宇航，通过“力鸿一号”亚轨道飞行器，在微重力环境下成功完成 全球首次火箭平台金属激光熔丝3D打印实验 ，并回收完整金属构件。该技术突破传统“地造天用”模式，实现“天造天用”工程验证，为未来空间站自主维修、月球基地原位建造奠定基础。
探·知识奥秘
四、设想航天科技领域中未来的新型材料和能源
1. 新型材料
（2）非晶合金（液态金属）在轨服役验证
实践十九号卫星搭载141个非晶合金样品，完成为期数月的 真实太空环境暴露实验 ，涵盖原子级结构稳定性、抗辐射、热循环耐受性等关键指标。实验由松山湖材料实验室主导，证实非晶合金在极端温差（-180℃至+150℃）与高能粒子辐照下仍保持优异力学性能，未来将用于卫星精密传动机构、深空探测器关节与密封件。
探·知识奥秘
四、设想航天科技领域中未来的新型材料和能源
1. 新型材料
（3）微重力火焰合成纳米材料
清华大学牵头的“微重力半导体纳米材料火焰合成机制研究”项目，于神舟二十一号任务中首次实现 空间微重力环境下单液滴稳定燃烧并原位合成Al O 与Y Al O 纳米颗粒 。该技术可一步制备高纯度功能材料，为未来月球/火星原位制造电池电极、催化剂、传感器提供全新路径。
（4）超黑纳米消光涂层
航天科技八院与上海交大联合研发的 宽光谱超黑纳米消光涂层 ，已通过空间环境模拟测试，反射率低于0.2%，用于高分辨率对地观测、深空望远镜与星载光谱仪的杂光抑制。该涂层具备抗原子氧侵蚀、热稳定性优异等特性，正进入工程化搭载验证阶段。
探·知识奥秘
四、设想航天科技领域中未来的新型材料和能源
2. 新型能源
（1）钙钛矿/晶硅叠层太阳电池在轨验证
2023–2025年间，上海伏曦炘空科技（上海港湾子公司）已成功在 天雁24星、复旦信息星、苏星一号、钧天一号03星 等多颗商业卫星上完成钙钛矿太阳电池在轨运行验证。截至2026年初， 钧天一号03星电池已稳定运行超14个月 ，输出电压波动<1%，比功率达23W/g，重量仅为传统砷化镓电池的1/100，成本降低至1/10，衰减率仅为地面的1/10，寿命预估超15年。
探·知识奥秘
四、设想航天科技领域中未来的新型材料和能源
2. 新型能源
（2）固态电池在航天器级应用的前沿探索
虽尚未在轨道飞行器中部署，但亿航智能于2024年完成 全球首次eVTOL固态电池飞行试验 ，单次续航达48分10秒，能量密度突破350Wh/kg，通过针刺、高温、过充等极端安全测试。该技术正被航天领域评估为下一代深空探测器、月面巡视器的 高安全性电源候选方案 ，尤其适用于载人月面任务的短时高功率需求场景。
（3）空间核电源（RTG）的下一代技术预研
NASA与ESA虽未公布2026年新项目，但 微型放射性同位素热电发生器（RTG） 仍是深空探测（如木星轨道外、月球极区）的唯一可靠能源。中国航天科技集团已启动 新型钚-238高效热电转换模块 的地面验证，目标提升能量转换效率至10%以上（现为6–8%），并探索 固态热电材料 替代传统碲化铋，以增强抗辐照能力。
探·知识奥秘
四、设想航天科技领域中未来的新型材料和能源
3. 设想一款未来的宇航产品
名称 ：星际隼X1
用途 ：星际隼X1是一款专为深空探索设计的多功能无人机，旨在执行远程侦察、样本采集、环境监测及初步科研实验等任务。
材料 ：
主体结构材料 ：碳纤维复合材料。
表面涂层材料 ：抗辐射陶瓷涂层。
翼板材料 ：柔性太阳能电池材料。
能源 ：
主要能源 ：太阳能与核电池结合。
储能系统 ：高性能锂离子电池组。
【典例】实现“天造天用”工程验证，为未来空间站自主维修、月球基地原位建造奠定基础的技术是（ ）
A．太空金属3D打印（增材制造）
B．非晶合金（液态金属）在轨服役验证
C．微重力火焰合成纳米材料
D．超黑纳米消光涂层
析·典型范例
A
【变式】正被航天领域评估为下一代深空探测器、月面巡视器的高安全性电源候选方案的是（ ）
A．钙钛矿/晶硅叠层太阳电池
B．固态电池
C．空间核电源（RTG）
D．以上都不是
析·典型范例
B
跨学科实践活动10
了解我国宇航产品的基本情况
理·核心要点
了解宇航产品的材料选择
了解宇航产品的能源选择
设想航天科技领域中未来的新型材料和能源
我国航天产品发展史
我国宇航产品
主体结构材料
外部涂层材料
功能部件材料
火箭的能源
航天器开展工作的能源
新型材料
新型能源
1.钛(Ti)合金是常用的航天材料，合金通常比组成它的纯金属（ ）
A．密度更大 B．熔点更高
C．抗腐蚀性更好 D．硬度更小
练·技能实战
C
2.运载火箭使用液氢、煤油等燃料，下列有关说法不正确的是（ ）
A．火箭燃料的使用过程中化学能转变为内能，最终转变为机械能
B．液氢是一种清洁的高能燃料，已应用于航天、交通等领域
C．煤油是利用石油中各成分密度不同而分离出的产品
D．大量使用煤油不利于“碳中和”目标的达成
练·技能实战
C
3.近年来，我国航天工程取得许多重大成就。回答下列问题：
(1)航天员舱外航天服使用了一种聚氨酯橡胶材料，聚氨酯橡胶属于___________(填“无机非金属”或“有机合成”)材料。
(2)钛合金常用作航天器的外壳材料。钛合金的下列性质与上述用途无关的是_______(填序号)。
A．密度小 B．熔点高
C．与人体具有很好的相容性 D．抗腐蚀性能好
练·技能实战
C
有机合成
THANKS!
谢谢观看
九年级化学 下册·人教版2024

展开更多......

收起↑