减重与环保,“长七”在南海之滨奏响“冰与火之歌“

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5月10日,伴随着震耳欲聋的轰鸣声,长征七号遥五运载火箭从团团白雾中喷薄而出,在天际划出一道金色曲线,成功将天舟四号货运飞船送入预定轨道,也宣示着今年全面建成空间站的首飞任务圆满成功。作为一枚名副其实的“冰箭”,长征七号身怀“冰火两重天”的绝技,在南海之畔奏响了一曲“冰与火之歌“。

防水“金钟罩”

长征七号火箭的燃料中有液态氧,液氧煤油发动机被誉为世界航天动力领域的天花板。采用无毒无污染的液氧煤油做燃料,经济上比常规发动机推进剂便宜60%,并且可重复使用。

然而,液氧的温度极低,可达到零下183摄氏度,使火箭表面出现水蒸气凝结现象。长征七号的防水渗透到了每个设计细节当中。防水功能尽量通过结构设计实现。火箭仅电连接器防水部位就有千余处,这还不包含电缆本体、电缆进出口、仪器本体、仪器与结构缝隙和结构总体专业防水,防水工作量之大可见一斑。

环保“厚棉衣”

长征七号火箭的低温液氧贮箱表面还穿着一层厚厚的棉衣,主要起到隔绝热传导的作用。老早卖冰棍的要在冰柜上盖一层棉被,说的就是这个东西。

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火箭“厚棉衣”的主要组成成分是一种塑料泡沫。穿上棉衣之后,贮箱内部能够保持足够的低温环境,使得液氧推进剂不会因温度升高而大量挥发,贮箱外部温度也不会太低,以至于对外部仪器、人员等造成冻伤。

在棉衣制作过程中,需要使用发泡剂使泡沫膨胀成形。以往国内火箭使用的泡沫发泡剂都是含氟的,对地球的臭氧层造成巨大的危害,但是长征七号火箭使用了一种新型的无氟发泡剂。

和以往相比,长征七号火箭液氧贮箱所穿“棉衣”中取消了一层金属铝箔,并实现了自动喷涂泡沫和表面机加的自动化的生产。这些改进不仅大大提高了低温液氧贮箱的“棉衣”生产效率,还使“棉衣”更为绿色环保、质地轻盈。

减重“防热服”

火箭在飞行过程中,芯级发动机会喷射出巨大的火焰,此时,助推器后过渡段要承受喷焰回卷的强热流,其热防护设计如果不够就会造成结构烧蚀,而做得太扎实又会影响火箭的运载能力。

传统上,火箭助推器后过渡段喷涂防热涂层,生产周期较长。设计团队创新思路,由“喷”改“披”。采用耐高温的材料,给助推器做了一块柔性防热毛毡,使后过渡段免受大火炙烤。传统喷涂防热层的重量在70公斤至100公斤之间,而新型防热毛毡只有20公斤左右,重量减轻约75%,且防热效果更好。柔性防热毛毡已在长七火箭上成功应用,后续还将推广应用于其他型号。

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