在航天领域，轻量化已成为关键的技术追求。每一克的减重都能为有效载荷提供更多的空间，从而推动运载火箭性能的提升。这使得使用高强度碳纤维成为一项行之有效的策略。然而，这一进程也凸显了国际竞争中新材料技术的关键性。

新材料对运载火箭的意义

燃料储箱在火箭结构中所占比例巨大，因此对其进行轻量化设计直接影响整体性能。采用新材料，特别是高强度碳纤维，可以有效减轻结构负担，提高火箭运载能力。这对于航天探索、卫星发射等方面具有深远的意义。

国际竞争与碳纤维技术的挑战

然而，碳纤维技术的垄断一度成为制约我国航天领域发展的瓶颈。日本等国垄断了碳纤维的生产，使我国不得不依赖进口高端碳纤维。这对于国防和科技自主创新构成了一定的制约。

据统计，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目前航天飞行器结构应用范围最广、技术成熟度最高的材料。对于运载火箭而言，碳纤维复合材料不但可以实现结构轻量化，而且也是功能化的关键原材料。

目前航天器结构用碳纤维主要为 PAN 基碳纤维，火箭大多采用高强中模碳纤维。

碳纤维复合材料在运载火箭中应用

在运载火箭领域，碳纤维复合材料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。表1显示了国外复合材料在运载火箭上的应用，其中火箭发动机的绝热壳体的第三代材料均选用高性能碳纤维复合材料。

碳纤维复合材料在运载火箭应用的典型代表为发动机壳体。当发动机运转工作时，壳体除了承受来自内外部的压力外，会要面临轴压、弯曲、扭转及横剪等外部载荷，因此发动机壳体所用的碳纤维大多为强度5.5GPa以上、模量290GPa左右的高强中模碳纤维，如日本东丽T800、T1000和美国赫氏IM7等。表2显示了目前国外运载火箭发动机壳体所使用的的碳纤维型号，由于欧洲本土没有高端碳纤维制造商，因此只能采用日本东丽和美国赫氏碳纤维。

近年来我国多种型号运载火箭也大量采用了碳纤维复合材料，如表3所示，碳纤维复合材料在卫星接口支架、整流罩、筒、梁等结构实现应用，尤其是上面级结构中广泛采用复材，有效地减轻了上面级结构质量，这对提高运载火箭发射有效载荷的能力具有显著效果。

2003年9月首飞的“开拓者-1”小型运载火箭上，第四级发动机采用了高性能碳纤维壳体；长征火箭（CZ-2C、CZ-2E、Z-3A）的卫星接口支架和有效载荷支架（前后端框、环框、壳段、弹簧支架、井字形梁）也采用了碳纤维增强环氧树脂基复合材料。

国产T1000级碳纤维批量化生产，航空航天应用即将铺开

2023年8月20日，国产的T1000级碳纤维实现千吨级量产，真正实现了大批量生产，这是中国高端碳纤维自主供应的里程碑，未来一定会把这种高性能碳纤维材料大批量应用于航空航天等领域，带来航空航天、先进军工的升级换代，缩短与西方在这些领域的差距。

中国在碳纤维研究和生产领域已经取得了长足的进步，而且在碳纤维产量上已经取得了非常出色的成绩，成为全球碳纤维产量最高的国家，也是碳纤维使用量最高的国家，可谓是碳纤维产业的大国了。但是中国并不是碳纤维产业的强国。

中国要想成为碳纤维产业强国，必须尽快实现高性能碳纤维的量产。不仅可以真正成为碳纤维产业的强国，同时也能真正摆脱西方国家针对中国的高端碳纤维禁运，能够自主发展更高端的航空航天军工产业。

能够算上高性能碳纤维的T800级，是可以应用到航空航天等高端领域的，中国已经实现了量产，而且也开展了相关应用。随着中国航空航天产业发展的加速，已经把T800级碳纤维应用到了航空航天领域，比如中国推力最强的固体火箭力箭一号，就是使用国产碳纤维复合材料制造的轻量级外壳，降低了火箭自身的重量，提高了火箭的运力。此外，中国也正在试验把T800级碳纤维复合材料用到液体火箭燃料贮箱上。

如虎添翼，中国运载火箭335米燃料箱用上国产碳纤维

在航天领域，轻量化的探求已经演变成一种“锱铢必究”的态势。每减轻1克的重量，都意味着可以多搭载1克的有效载荷。在缺乏推进器重大突破的情况下，采用高强度碳纤维打造火箭成为提升运载能力的最为切实有效的手段。

火箭结构的关键组成部分，燃料储箱的重量占据整体的60％以上。它就像是一位“大块头”，因此对这一组件进行“轻量化”设计，相当于给汽车的油箱进行扩容和减重，从而减少自身重量，同时能够存储更多的燃料，使得火箭本身更加轻薄，有效载荷得以更大的提升。

火箭结构工程师们长期以来一直在探索新材料，以实现“减重”的目标。燃料贮箱通常存储大量的液氧或液氮，因此新材料必须具备良好的低温耐性和足够的强度。从传统的铝铜合金到后来的铝锂合金，再到如今的高性能碳纤维材料，这一探索历经多次迭代。

碳纤维是一种含碳量高达90%的高模量高强度纤维，具有出色的耐高低温特性和轻量化特性，因此在航空领域备受推崇。

有媒体指出，中国在碳纤维领域已经成为全球的“第三极”，有些国产高性能碳纤维的综合性能已经超越日本东丽T700级碳纤维。在光威复材的运载火箭、卫星、大型飞机和战斗机等高端装备上，国产碳纤维已经取得了成功应用。

例如，中国自主研制的大飞机“运20”上使用了国产碳纤维，而国产T700碳纤维也在火箭发动机机舱上进行了成功实验。最近，国产T800H级碳纤维成功应用于运载火箭的液氧贮箱，上海航天八院设计研制的3.35米直径复合材料液氧贮箱低温力学试验成功完成，标志着碳纤维在火箭燃料箱上的工程实践已经迈出重要一步，将很快应用到新一代火箭上。

随着中国碳纤维技术的发展，市场需求愈发旺盛，这将不断激发企业加大投入，加速超越技术瓶颈。与此同时，曾经的碳纤维行业领军者日本东丽却陷入困境，近8年内曝出149个产品的质量检验数据造假。

在碳纤维领域，中国正迅速崭露头角，不仅为国防事业提供了重要支持，也在国际市场上展现出强大的竞争力。这一切都源于对轻量化技术的深度探索和自主创新，使中国在航天领域的技术实力逐渐显现，成为全球

碳纤维领域的重要参与者。中国的科学家和企业在这一征程中展现了持久不懈的奋斗精神，致力于实现碳纤维技术的自主研发和创新。

总结：

碳纤维技术的突破标志着中国在航天领域的独立自主。通过自主研发高性能碳纤维，中国成功打破了国际技术垄断，使得我国在运载火箭、卫星、大型飞机等领域取得了显著的进展。这一过程不仅提升了国防安全，也为未来科技创新提供了强大支持，使中国在全球碳纤维产业中崭露头角。随着市场需求的不断增长，中国碳纤维产业有望在未来继续迎来更大的发展。