三大“出街利器” “胖五”秒變“高冷男神”

　長征五號 （圖片來源：孫浩/科技日報）

　　11月3日，長征五號在椰風海韻中發射。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，都經過火箭研制團隊的“精心打磨”。

　　燃料“透心涼”？ 不怕，它有防寒服

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

　　“胖五”體內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，火箭內部的儀器、設備、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至20毫米。“防寒服”的“裡”是一層膠粘劑，不到1毫米厚，比“棉花”層更適應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，它也叫保護層，可以保護“棉花”不吸收外界水汽、不被損壞，更好地發揮隔溫性能。

　　“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而成。中國航天科技集團703所防隔熱材料設計師申雄剛介紹，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秒鐘之內發生發泡反應、固化成形。

　　“長五”火箭“棉花”層與其他火箭不同，因為選用了新型發泡材料，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。

　　防寒服怎麼嚴絲合縫地穿上身呢？火箭貯箱表面有一些螺釘、口蓋等，按設計要求，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，再通過計算機造型，給貯箱拍一張“3D照片”。據此，研究人員再在電腦中輸入噴涂路徑等參數，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。

　　給男神做件衣服，可是真不容易。

　　“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？其實並非如此。常用的火箭殼體“蒙皮”的厚度都在1.2毫米至2毫米之間，這次“胖五”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，這種材料強度高、耐腐蝕、重量輕、成本低，在長征三號甲系列、長征二號F等火箭飛行過程中表現出的綜合性能最好，是做“蒙皮”的最佳選擇。而且，鋁合金材料輕，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”起更重的衛星。

　　要兼顧“薄”和“牢固”，就得費更多心思。中國航天科技集團一院的設計人員在設計時，會在“蒙皮”內部用一個個框環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。設計人員要計算出蒙皮和框環、桁條的最佳配比，用最少的材料，保証箭體堅固、可靠。他們會把火箭殼段的重量作為目標函數，其承受的載荷作為約束條件，把蒙皮厚度、桁條截面、數量和分布等作為優化參數，從中尋找到最優化的殼段結構形式。

　　一院火箭箭體結構設計師邵英翠介紹說：“火箭‘蒙皮’很薄、很軟，要根據受力分析進行科學計算、結構優化后，用鉚釘把‘蒙皮’和框架固定，每一殼段有上千個鉚釘，這樣就保証了整體結構的強度和剛度。”在發射過程中，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——活動發射平台。平台也是大有來頭，它是我國目前規模最大、承載能力最強、系統最復雜、技術最先進的發射平台。

　　活動發射平台高近700米，相當於24層樓高，台體的上表面面積達600多平方米，相當於一個半籃球場，整個平台自重近2000噸。

　　平台的上表面，有12 根像柱子一樣的支撐裝置，這是火箭在發射台上的“座椅”，研制人員用了3年多的時間開發出了“十二點調平技術”，讓火箭可以“坐”得又直又穩，這不僅讓火箭受力較好，而且有利於火箭的瞄准、發射。

　　由於“胖五”是在海南文昌發射場發射，這裡高溫、高濕、多鹽霧。在出廠前，技術人員就特別為活動發射平台的螺栓進行了防腐工藝處理。在安裝螺栓時，他們還採用了一種特殊技術，可以防止在發射平台運行、工作過程中螺栓發生鬆動，保証螺栓的可靠性。

　　活動平台不僅大，功能還全。發射平台上集機械、電控、液壓、供配電、驅動控制、空調、環境保障、環境監測、視頻監視、照明、加注、供氣等系統於一體，而且首次設置了臍帶塔、擺杆、前置設備工作間、尾端服務塔、加注管路、供氣管路、噴水管路等多項設備，是機、電、液、氣一體化大型綜合性發射平台。

　　以前，更多的測試、連接工作，都在固定塔上完成。現在，火箭的總裝、測試、跟地面設備的接口關系，都可以在技術廠房完成。這樣一來，在火箭運輸過程中就能夠保持接口不變、狀態不變，火箭在發射塔的准備流程可以成倍縮短。

　　其實，從總體到分系統，在長征五號火箭上，共有247項技術創新。中國航天科技集團一院長五火箭副總指揮曲以廣表示，長征五號將直接服務於我國探月三期、載人空間站、火星探測等任務，也可用不同地球軌道大型載荷及其他深空探測任務載荷的發射。

　　打造“胖五”的創新性工作，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雜的系統工程管理開創了新的工作模式。突破大量新型運載火箭的核心關鍵技術，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型，目前這些構型火箭已成功立項，正在開展工程研制。（張娟娟 記者 張蓋倫 付毅飛）