三大利器撐腰 “胖五”變“高冷”

11月3日，長征五號在椰風(fēng)海韻中發(fā)射。

它是我國目前運載能力最大的新一代運載火箭，也是我國迄今為止研制的最大推力運載火箭。在一眾火箭兄弟中，長征五號“塊頭”突出——它大約有20層樓高、600多噸重，而且，它中間的主體部分直徑達(dá)5米，是一般的火箭主體直徑的1.5倍。因此，長征五號得了個昵稱——“胖五”。

名字“萌萌噠”，但實際上，“胖五”也是個“高冷男神”。其從頭到腳，從外到內(nèi)，都經(jīng)過火箭研制團(tuán)隊的“精心打磨”。

燃料“透心涼” 不怕，它有防寒服

“胖五”也叫冰箭。它的肚子里，裝滿了深低溫液氫液氧燃料，其中液氫溫度達(dá)-253℃、液氧達(dá)-183℃，幾乎達(dá)到低溫的極限。

“胖五”體內(nèi)90%以上都是這種深低溫燃料，可謂“透心涼”。但“胖五”外表面溫度依然可以一直保持在0℃以上，火箭內(nèi)部的儀器、設(shè)備、電纜等可以正常工作。

這是因為，“胖五”的火箭貯箱上，穿著一層不到30毫米的“防寒服”。

“防寒服”中的“棉花層”是低密度材料，厚10～20毫米。“防寒服”的“里”是一層膠粘劑，不到1毫米厚，比“棉花”層更適應(yīng)金屬材料的熱脹冷縮，且摩擦力大，能同時與金屬材料的貯箱和“棉花”完美貼合，設(shè)計人員又叫它“緩沖層”。“防寒服”的“面”是一層蘸膠玻璃纖維織物，0.9毫米厚，它也叫保護(hù)層，可以保護(hù)“棉花”不吸收外界水汽、不被損壞，更好地發(fā)揮隔溫性能。

“棉花層”使用的“棉花”也大有講究，它由近10種原材料按照配比高速撞擊混合反應(yīng)而成。中國航天科技集團(tuán)703所防隔熱材料設(shè)計師申雄剛介紹，這近10種材料分成兩組，都是液體，就像“哥倆好”膠水一樣，一旦混合，會在10秒鐘之內(nèi)發(fā)生發(fā)泡反應(yīng)、固化成型。

“長五”火箭“棉花”層與其他火箭不同，因為選用了新型發(fā)泡材料，其他材料的比例等也變了，申雄剛說，材料研制人員做了千余次試驗，研究新型“棉花”層的性能。

防寒服怎么嚴(yán)絲合縫地穿上身呢？火箭貯箱表面有一些螺釘、口蓋等，按設(shè)計要求，這些突起等部位的絕熱材料要與其他部位同等厚度。703所專門為此打造了特殊的“試衣間”。

火箭貯箱進(jìn)入“試衣間”后，激光傳感器先給貯箱做一次型面測量，再通過計算機(jī)造型，給貯箱拍一張“3D照片”。據(jù)此，研究人員再在電腦中輸入噴涂路徑等參數(shù)，讓材料被噴涂在貯箱膠粘劑表面固化成型。這還不夠。此時的絕熱材料只是毛坯，還要修成厚度一致的平整外觀，才能在外面鋪蘸膠玻璃纖維織物。這個難度，如同在大氣球的表面雕刻花紋。

“蒙皮”薄如紙 不怕，它堅不可摧

“胖五”如此高大威猛，它的外殼得特別厚重，才能足夠堅固吧？其實并非如此。常用的火箭殼體“蒙皮”的厚度都在1.2毫米至2毫米之間，整流罩的“蒙皮”最薄的地方僅有0.3毫米，可以說是“薄如蟬翼”。

其實，“蒙皮”的主要材料為鋁合金，這種材料強(qiáng)度高、耐腐蝕、重量輕、成本低，可以為火箭減輕重量。火箭最好是“薄皮大餡”，“蒙皮”薄了，就能裝更多的燃料，“舉”起更重的衛(wèi)星。

要兼顧“薄”和“牢固”，就得費更多心思。中國航天科技集團(tuán)一院的設(shè)計人員在設(shè)計時，會在“蒙皮”內(nèi)部用一個個框環(huán)和桁條組成一個圓柱形的框架，把框架與蒙皮鉚接在一起，組成火箭的一個殼段。設(shè)計人員要計算出蒙皮和框環(huán)、桁條的最佳配比，用最少的材料，保證箭體堅固、可靠。

一院火箭箭體結(jié)構(gòu)設(shè)計師邵英翠介紹說：“火箭‘蒙皮’很薄、很軟，要根據(jù)受力分析進(jìn)行科學(xué)計算、結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，用鉚釘把‘蒙皮’和框架固定，每一殼段有上千個鉚釘，這樣就保證了整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度。”在發(fā)射過程中，無論受到哪個方向的外力，火箭的飛行都不會受影響。

體積太大 不怕，它有專屬座駕

和“胖五”一起亮相的，還有它的座駕——活動發(fā)射平臺。平臺也是大有來頭，它是我國目前規(guī)模最大、承載能力最強(qiáng)、系統(tǒng)最復(fù)雜、技術(shù)最先進(jìn)的發(fā)射平臺。

活動發(fā)射平臺高近70米，相當(dāng)于24層樓高，臺體的上表面面積達(dá)600多平方米，相當(dāng)于一個半籃球場，整個平臺自重近2000噸。平臺的上表面，有12根像柱子一樣的支撐裝置，這是火箭在發(fā)射臺上的“座椅”，研制人員用了3年多的時間開發(fā)出了“十二點調(diào)平技術(shù)”，讓火箭可以“坐”得又直又穩(wěn)，這不僅讓火箭受力較好，而且有利于火箭的瞄準(zhǔn)、發(fā)射。

由于“胖五”是在海南文昌發(fā)射場發(fā)射，這里高溫、高濕、多鹽霧。在出廠前，技術(shù)人員就特別為活動發(fā)射平臺的螺栓進(jìn)行了防腐工藝處理。在安裝螺栓時，他們還采用了一種特殊技術(shù)，可以防止在發(fā)射平臺運行、工作過程中螺栓發(fā)生松動，保證螺栓的可靠性。

活動平臺不僅大，功能還全。發(fā)射平臺上集機(jī)械、電控、液壓、供配電、驅(qū)動控制、空調(diào)、環(huán)境保障、環(huán)境監(jiān)測、視頻監(jiān)視、照明、加注、供氣等系統(tǒng)于一體，而且首次設(shè)置了臍帶塔、擺桿、前置設(shè)備工作間、尾端服務(wù)塔、加注管路、供氣管路、噴水管路等多項設(shè)備，是機(jī)、電、液、氣一體化大型綜合性發(fā)射平臺。

以前，更多的測試、連接工作，都在固定塔上完成。現(xiàn)在，火箭的總裝、測試、跟地面設(shè)備的接口關(guān)系，都可以在技術(shù)廠房完成。這樣一來，在火箭運輸過程中就能夠保持接口不變、狀態(tài)不變，火箭在發(fā)射塔的準(zhǔn)備流程可以成倍縮短。

其實，從總體到分系統(tǒng)，在長征五號火箭上，共有247項技術(shù)創(chuàng)新。中國航天科技集團(tuán)一院長五火箭副總指揮曲以廣表示，長征五號將直接服務(wù)于我國探月三期、載人空間站、火星探測等任務(wù)，也可用于不同地球軌道大型載荷及其他深空探測任務(wù)載荷的發(fā)射。

打造“胖五”的創(chuàng)新性工作，還成功“共享”給了長征系列火箭家族的其他成員：全壽命、全要素的研制策劃，為長七火箭提供了借鑒，也為新型運載火箭研制這類復(fù)雜的系統(tǒng)工程管理開創(chuàng)了新的工作模式。突破大量新型運載火箭的核心關(guān)鍵技術(shù)，確保了長五的成功研制，還牽引出我國新一代運載火箭的若干構(gòu)型，目前這些構(gòu)型火箭已成功立項，正在開展工程研制。