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全副武装的长征十一号出征 如何锻造“钢筋铁骨”?

2018-01-19 14:06 来源:科普中国-军事科技前沿 

  出品:科普中国

  作者:王伟童 王亮

  监制:光明网科普事业部

  1月19日,在我国酒泉卫星发射中心,长征十一号固体运载火箭“一箭六星”发射任务圆满成功,将吉林一号视频07星、08星和四颗小卫星精确送入预定轨道。

发射现场图片 周雅露摄

  长十一火箭有副“黑色铠甲”

  古时战士出征通常都有铠甲护住身体重点部位,长征十一号固体运载火箭(简称“长十一火箭”)也有一副“黑色铠甲”,护住怀中的卫星,挡住征途中的凄风冷雨。

  这副“黑色铠甲”就是火箭的全碳纤维增强复合材料整流罩,与其他火箭的整流罩不同,长十一火箭的整流罩有更多的创新元素。

  长十一火箭的铠甲坚硬又轻便

  常规运载火箭的整流罩都是采用金属框和金属桁条结构。金属框就像是纬线,桁条就像是经线,横竖相交,支撑整流罩结构,为有效载荷打造一个密闭安全的运输环境。

  而长十一火箭的整流罩却另辟蹊径,采用全碳纤维增强复合材料制成。这种黑色的全新整流罩不仅刚度和强度大,重量也很轻。

  据航天科技集团公司一院航天材料及工艺研究所整流罩主管工艺张振宇介绍,最初长十一火箭的整流罩也和其它火箭的结构一样,但由于它的直径太小,金属结构不可避免地会产生变形,装配时,千斤顶都无法修正。后来全碳纤维增强复合材料整流罩研制出来,不仅解决了装配难题,还增强了性能、提高了载荷。

  生产精度提高一倍

  关注火箭结构的人都知道,火箭整流罩分瓣来生产,最后锥段和柱段通过转接框来连接。

  长十一火箭飞行速度快,整流罩作为运载火箭首当其冲的部件,要承受各种复杂外力作用,而长十一火箭的整流罩却只分成两个半罩生产,是锥柱一体的结构,性能更高。

  张振宇说,火箭性能提高了,生产制造的难度也提高了很多,相比于液体火箭部段组合的方式,生产精度要比原来提高一倍。

  外层“防热衣”不走寻常路

  通体黑色的全碳纤维增强复合材料整流罩制成了,而液体火箭常用的软木贴片防热衣却不能满足长十一火箭的热环境需要。

  原来,液体火箭的整流罩都是在“钢筋铁骨”外面贴一层软木贴片,再在外面涂上防护漆,就足以应对飞行过程中的种种冲击,但长十一火箭却不能选择这款防热衣。

  据航天材料及工艺研究所防热涂层专项主任工程师左瑞霖介绍,长十一火箭的热环境更严酷,且需要长时间保存,软木贴片没有那么高的热防护性能,且不利于长时间保存。为此,长十一火箭采用液体火箭尾部等常用的防热涂层,在整流罩上系统喷涂。

  左瑞霖说,航天材料及工艺研究所为此开展了自动化喷涂工艺研究,将涂层厚度均匀性的累计波动值降低了一半,涂层减重达15%至30%,热防护效能更高。

  如今,长十一火箭飞行成功了,更多创新元素的必要性和可靠性再次彰显,后续,各种民用小卫星任务还将接踵而来,长十一这枚“亲民”的火箭必将给我们带来更多的精彩。

  科学顾问:刘晋豫

[责任编辑:赵清建]

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