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        運載火箭:新技術(shù)催生新活力

        2020-11-27 14:23:17于遠(yuǎn)航
        太空探索 2020年6期
        關(guān)鍵詞:貯箱模塊化長征

        □ 于遠(yuǎn)航

        5 月5 日,長征五號B 運載火箭將中國新一代載人飛船試驗船等載荷送入預(yù)定軌道,首次飛行任務(wù)取得圓滿成功。像“長征五號B”這樣的新一代運載火箭,一直是大家關(guān)注的焦點。

        眾所周知,隨著航天技術(shù)的日新月異,新一代運載火箭正在逐漸跳出傳統(tǒng),運用新的制造模式。從全世界范圍來看,一些“新火箭”有了新技術(shù)的“加持”,實現(xiàn)了“更快、更好、更便宜”的目標(biāo)。

        就拿此次成功發(fā)射的長征五號B 火箭為例,細(xì)心的朋友一定發(fā)現(xiàn),該火箭與之前發(fā)射的“胖五”長征五號火箭相比,少了火箭二子級,這使其顯得更“胖”了。

        實際上,作為我國新一代運載火箭的開山之作,長征五號火箭在一開始就是按照“一個系列、兩種發(fā)動機(jī)、三個模塊”的思路來設(shè)計的,總體貫徹了“通用化、組合化、系列化”的設(shè)計思想。此次發(fā)射的長征五號B 火箭就是在基本型的基礎(chǔ)上,去掉了二子級,使其專注于近地軌道的運輸任務(wù),能夠向近地軌道發(fā)射更重的有效載荷。

        那么,運載火箭為什么要按照模塊化的思路進(jìn)行設(shè)計呢?這樣做的好處又是什么呢?

        人類進(jìn)入工業(yè)化社會之后發(fā)現(xiàn),通過產(chǎn)品的模塊化,可以實現(xiàn)產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn),進(jìn)而提高勞動生產(chǎn)率,降低生產(chǎn)成本,降低勞動強(qiáng)度。模塊化的大規(guī)模生產(chǎn)能讓“學(xué)習(xí)曲線”得以實現(xiàn),從而不斷提高復(fù)雜產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。模塊化的威力如此巨大,運載火箭的設(shè)計者自然不會漠視。

        傳統(tǒng)火箭為追求運載能力,很多都會在基礎(chǔ)級和上面級選用不同的發(fā)動機(jī)類型。但這需要開發(fā)兩種甚至更多種不同的火箭發(fā)動機(jī),還需要配套研發(fā)適應(yīng)不同燃料組合的貯箱和增壓輸送系統(tǒng),所以成本和技術(shù)難度都很高。太空探索技術(shù)公司主打的獵鷹9 火箭一、二級采用同種燃料組合的同款發(fā)動機(jī)的不同版本。同時為了彌補(bǔ)單臺發(fā)動機(jī)推力不足的窘境,規(guī)避大推力發(fā)動機(jī)開發(fā)的技術(shù)挑戰(zhàn),火箭一級采用按特定結(jié)構(gòu)并聯(lián)的9 臺梅林發(fā)動機(jī)來獲得足夠的起飛推力。螢火蟲空間系統(tǒng)公司在這方面做得更極致,該公司的阿爾法小型火箭的一級采用了12 臺并聯(lián)的小推力火箭發(fā)動機(jī),把發(fā)動機(jī)模塊化推到了更高的高度。

        除了模塊化制造,新型運載火箭為了降低成本、提高可靠性,還大量采用3D 打印這樣的新技術(shù)。長征五號火箭捆綁支座就實現(xiàn)了3D 打印,進(jìn)而實現(xiàn)了30%的減重,解決了加工周期長等問題。

        目前,3D 打印也已經(jīng)成為航天制造業(yè)的一項重要技術(shù)。它能夠?qū)崿F(xiàn)制造過程的無人值守化,大大節(jié)省所需人力;能夠節(jié)約傳統(tǒng)制造工藝所需要的大量設(shè)備和工裝;能夠簡化工序,縮短復(fù)雜零部件的制造周期;能夠擺脫傳統(tǒng)制造手段限制,生產(chǎn)更加輕巧的零件。合理應(yīng)用3D打印技術(shù),能使未來的運載火箭性能更高、成本更低、生產(chǎn)組織更為靈活。

        除了以上這些較為出名的技術(shù),為了減輕結(jié)構(gòu)重量、提高結(jié)構(gòu)可靠性、降低結(jié)構(gòu)造價,運載火箭還使用了許多其他的新技術(shù),比如貯箱箱底整體旋壓成形技術(shù),可以實現(xiàn)橢球形箱底的等厚度近凈成形,大大降低了加工成本;大量使用攪拌摩擦焊接方法,極大地提高了貯箱焊接質(zhì)量;應(yīng)用復(fù)合材料制造大型整流罩,既減輕了結(jié)構(gòu)質(zhì)量,又便利了有效載荷的測控操作。

        運載火箭從誕生距今已經(jīng)有60 多年的歷史,人們通過不斷應(yīng)用新技術(shù)、新思想,使其可靠性、經(jīng)濟(jì)性不斷提升,不斷地?zé)òl(fā)出新的生命活力。

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