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1月22日，我國(guó)首個(gè)3.35米直徑復(fù)合材料貯箱原理樣機(jī)在航天科技集團(tuán)一院（火箭院）誕生。該貯箱主要應(yīng)用在液氧環(huán)境下，相比金屬貯箱可減重30%，強(qiáng)度更高，能夠大幅提高火箭的結(jié)構(gòu)效率和運(yùn)載能力，是一種新型輕質(zhì)貯箱。
復(fù)合材料貯箱原理樣機(jī)的誕生，標(biāo)志著我國(guó)打破國(guó)外壟斷，成為全球少數(shù)幾個(gè)具備復(fù)合材料貯箱設(shè)計(jì)制造能力的國(guó)家。
3.35米直徑復(fù)合材料貯箱原理樣機(jī)
突破十大關(guān)鍵技術(shù)
該項(xiàng)目是由火箭院總體設(shè)計(jì)部抓總，航天材料及工藝研究所與國(guó)內(nèi)多個(gè)高校共同參與的典型“產(chǎn)、學(xué)、研”聯(lián)合攻關(guān)項(xiàng)目，研究團(tuán)隊(duì)歷時(shí)兩年多，攻克了十大關(guān)鍵技術(shù)。
復(fù)合材料液氧貯箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)
低溫復(fù)合材料細(xì)觀損傷力學(xué)分析技術(shù)
多尺度復(fù)合材料滲漏抑制技術(shù)
低溫液氧相容樹(shù)脂體系制備技術(shù)
分瓣式可拆卸復(fù)合材料工裝設(shè)計(jì)制造技術(shù)
復(fù)合材料工裝精確裝配技術(shù)
高精度自動(dòng)鋪放技術(shù)
超薄預(yù)浸料制備技術(shù)
復(fù)合材料法蘭密封技術(shù)
復(fù)合材料可靠粘接密封技術(shù)
用于拆裝復(fù)合材料組合式工裝的型架
研制人員初體驗(yàn)
總體設(shè)計(jì)部貯箱組組長(zhǎng)劉德博：“研制中要攻克從材料體系到設(shè)計(jì)制造一系列難題，許多技術(shù)都屬于國(guó)內(nèi)首次嘗試?！?/p>
總體設(shè)計(jì)部貯箱設(shè)計(jì)師張?。骸爸圃旃に噷?duì)復(fù)合材料性能影響較大，將該材料用于密封要求極高的推進(jìn)劑貯箱，特別是超低溫介質(zhì)貯箱是一項(xiàng)艱巨挑戰(zhàn)?！?/p>
航天材料及工藝研究所工藝師張建寶：“箱體制造流程、工裝的制備、箱體成形、工裝拆除、密封檢測(cè)等均充滿(mǎn)巨大挑戰(zhàn)，經(jīng)過(guò)十幾輪工藝及方案迭代才實(shí)現(xiàn)了樣機(jī)的成功制備?！?/p>
相比于金屬貯箱減重30%
貯箱作為火箭結(jié)構(gòu)重量占比最大的部段，其減重對(duì)火箭運(yùn)載能力的提升具有重大意義。
材料小知識(shí)
復(fù)合材料的密度為1.7g/cm3左右，鋁合金密度為2.8g/cm3，鋁鋰合金密度為2.7g/cm3，復(fù)合材料的比強(qiáng)度是鋁合金的8倍，是鋁鋰合金的6倍。
在航天領(lǐng)域，我國(guó)現(xiàn)役火箭的部分部段就大量采用復(fù)合材料，減輕了結(jié)構(gòu)重量。
復(fù)合材料與當(dāng)前火箭貯箱結(jié)構(gòu)采用的金屬材料相比，具有密度更小、比強(qiáng)度更高、抗疲勞強(qiáng)度更好等優(yōu)勢(shì)。相比于金屬貯箱，復(fù)合材料貯箱可以減重30%左右，可大幅降低結(jié)構(gòu)重量，提升火箭運(yùn)載能力。因此，發(fā)展復(fù)合材料貯箱是實(shí)現(xiàn)火箭減重目的的關(guān)鍵技術(shù)之一，也是國(guó)際航天大國(guó)爭(zhēng)相探索的新領(lǐng)域。
3.35米直徑復(fù)合材料貯箱原理樣機(jī)的成功研制，標(biāo)志著我國(guó)掌握了從復(fù)合材料貯箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料制備到成形制造的全鏈路技術(shù)流程，成為全球少數(shù)幾個(gè)具備復(fù)合材料貯箱設(shè)計(jì)制造能力的國(guó)家。
綜合成本降低25%
火箭運(yùn)載能力越大，進(jìn)入空間能力相對(duì)也會(huì)大幅提高，為中國(guó)航天開(kāi)拓更大的舞臺(tái)。貯箱結(jié)構(gòu)重量占箭體結(jié)構(gòu)總重的50%以上，因此，貯箱輕量化是提高火箭運(yùn)載效率的重要途徑之一。
與應(yīng)用于液氫液氧環(huán)境下的金屬貯箱相比，復(fù)合材料貯箱主要應(yīng)用在特定的液氧環(huán)境下，可以用在火箭末級(jí)。據(jù)資料顯示，火箭末級(jí)貯箱每減重1公斤，意味著運(yùn)載能力提升1公斤。而且復(fù)合材料貯箱具有生產(chǎn)工序少、周期短等優(yōu)勢(shì)。從國(guó)外的研究成果來(lái)看，相比于金屬貯箱，采用復(fù)合材料貯箱可降低火箭綜合成本25%。
未來(lái)，復(fù)合材料貯箱在火箭末級(jí)推廣應(yīng)用，將能大幅提升火箭的運(yùn)載能力，對(duì)探索降低火箭成本具有深遠(yuǎn)影響。
復(fù)合材料貯箱自動(dòng)鋪放工藝
原理樣機(jī)的成功研制只是我國(guó)復(fù)合材料貯箱技術(shù)發(fā)展邁出的一小步，只是其中的一個(gè)里程碑。
總體設(shè)計(jì)部結(jié)構(gòu)室副主任吳會(huì)強(qiáng)介紹，后續(xù)研制團(tuán)隊(duì)還將對(duì)3.35米復(fù)合材料貯箱原理樣機(jī)開(kāi)展一系列的考核試驗(yàn)和評(píng)價(jià)，進(jìn)一步開(kāi)展關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，提升復(fù)合材料貯箱的技術(shù)成熟度，推進(jìn)復(fù)合材料貯箱在火箭上的應(yīng)用，真正發(fā)揮復(fù)合材料貯箱在輕質(zhì)高強(qiáng)方面的重大優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)未來(lái)火箭結(jié)構(gòu)大幅減重和運(yùn)載能力的提升，增強(qiáng)我國(guó)深空探測(cè)的能力和水平。