2020年夏天，我国第55颗北斗卫星成功发射，并在太空张开了“翅膀”。至此，我国自行研制的北斗三号全球卫星导航系统组网卫星已全部到位。

过去，北斗星辰犹如宇宙中的一座灯塔，指引着人类前行的方向；今后，我们的北斗卫星在浩瀚星空闪耀，将为全人类作出更大贡献。

在浩瀚的星空下，北斗卫星看起来就像是一座座带着翅膀的房子，而这些“翅膀”甚至“房子”本身都是用一种叫作碳纤维的复合材料做的！

北斗卫星能够闪耀太空，碳纤维功不可没！

为什么要用碳纤维，而不用钢铁、铝合金等金属材料来造北斗卫星呢？

这和碳纤维神奇的特性有关！

碳纤维很细。它的直径只有5-10微米，4-8根合在一起才和一根头发丝差不多粗。

碳纤维很轻。它的密度是钢的五分之一，钛的五分之二铝的五分之三，用它做的自行车，只有5千克重，相当于10瓶500毫升的矿泉水。

碳纤维很厉害。它的强度很高，通常一束12000根的碳纤维可以拉起一头130千克左右的豹子。而且碳纤维非常耐高温，在3000摄氏度下依然安然无恙。

碳纤维还有很多其他优点，比方说它的耐腐蚀性能好，放在各种酸、碱、油中，甚至海里都不怕；它在零下100摄氏度到100摄氏度之间，尺寸基本保持不变。

这么多优点，真可谓“材料之王”！

再回到咱们的北斗卫星。因为卫星上要装足够多的仪器设备，这就要求它自身的重量要足够轻，所以用碳纤维制成的复合材料是非常好的选择。

同时，卫星的天线、相机等设备要求很高的精度，要解决变形的问题，碳纤维正好又有这方面的优势。因此，现在的北斗卫星的很多部件都是用碳纤维复合材料做的。

既然有“材料之王”的美誉，碳纤维的应用当然绝不止于北斗卫星。

因为它有比金属强度高、比金属重量轻的特性，世界上先进的战斗机机身基本上都使用碳纤维复合材料。而且，碳纤维还可以透过电磁波，从而实现飞机的隐身呢！此外，在交通、建筑、新能源、医疗等多个领域也能看到它忙碌的身影。

这么厉害的碳纤维，我国是从什么时候开始研发的呢？

1962年，李仍元、张名大、吴人杰等科学家先后开展了碳纤维研制工作。但是直到2000年，仍无法做到大规模生产。由于制备技术久攻不下，不少研究单位都对“碳纤维”三个字避而远之，碳纤维材料国产化研发也因此陷入最困难的低谷期。

那时，我国碳纤维主要依赖进口，但国外对军用碳纤维材料严格禁运，更不要说技术转让了。因此我们的火箭、导弹、卫星和飞机等重要装备用的碳纤维根本得不到保证，甚至到了告急的地步。

碳纤维材料国产化研发，困扰着已经80岁高龄的战略科学家师昌绪先生，成了他的一块心病。

当年，年轻的师昌绪在美国就是学术新星，在美国明令禁止回到中国的留学生名单中，他的名字赫然在列，可他一直心心念念地要回到中国。合作导师问他是不是嫌工资低、职位低？他说：“这些都不是我要回国的原因。我是中国人，应该回中国去，现在中国十分落后，需要我这样的人。”

1955年，师昌绪终于如愿回国了。他说：“人生观定了以后，它就永远不会变。我的人生观就是要使祖国强大。”他为此默默地奉献了他的一生。

面对我国碳纤维研发几十年来一直“攻而不克”的问题，有人认为，这是一块“最难啃的骨头”，劝他“苦海无边，回头是岸”，可师昌绪说：“国外不会给我们碳纤维，回头的岸是没有了，但中国要崛起，必须有高性能碳纤维……我们绝不能轻言放弃，我送8个字——苦海有边，回头无岸。”

在师昌绪先生的推动下，中国进入了碳纤维自主研发的快车道，打响了全国性的科技协同“攻关战”。

此后的10多年，虽然年岁已高，但他仍然坚持带着年轻的科技工作者们到企业里进行调查、指导，一直跟踪碳纤维的研发、生产与应用，“自主创新”“降低成本”是他经常挂在嘴边的词儿。

这一天，苦苦研究了10个月的数据终于出炉了，可是居然没有一个能达到国外的最低标准。压力之大，前所未有。师昌绪怎么能低头呢？他说：“如果碳纤维搞不上去，国防航空就被卡了脖子。拖了中国国防的后腿，我死不瞑目。”

就这样，全国科学、技术和工程人员经过10多年的艰苦奋战，终于突破了碳纤维制备关键技术和工程化瓶颈问题，实现国产碳纤维的规模化生产。目前，国产碳纤维的产量已经占全球的30%以上，我国已成为碳纤维的制造大国。

如今，高性能碳纤维这一卡了中国人几十年脖子的关键材料，不但实现了“从无到有”，而且正向“从有到优”顺利发展。

未来，以机器人为代表的智能装备、探索太空的空间站等代表着科技进步方向的装备，都离不开碳纤维的助力。

将来的碳纤维一定会更“强”、更轻、更便宜、更好用……

让我们一起期待，一起努力吧！

供稿单位：重庆市产学研合作促进会

作者：潘复生，中国工程院院士、重庆大学教授、重庆市科学技术协会主席

审核专家：毛弋，重庆市科学传播专家团首席专家，重庆电子工程职业学院教授

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来源: 重庆市科学技术协会

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