当前焦点!火箭也要“身材管理”？“胖五”首次公布“减脂塑形”小秘诀

• 2022-10-31 21:03:07 来源：科普时报

10月31日，由中国航天科技集团有限公司所属中国运载火箭技术研究院（以下简称“火箭院”）抓总研制的长征五号B遥四运载火箭（以下简称“长五B”火箭）将梦天实验舱准确送入预定轨道，发射取得圆满成功。

(资料图片仅供参考)

在它秀出“身姿和肌肉”的重要时刻，可别忘了作为我国现役火箭中最强壮的系列火箭，它还是一位“瘦身达人”。

为什么“长五B”火箭也要做“身材管理”？它有哪些“小秘诀”？

火箭也逃不过严格的“身材管理”

作为进入太空的运载工具，运载火箭是一切太空活动的前提和基础。也就是说，火箭自重越轻，能够“举”起的东西就越大，运载能力和价值也就越大。

长五系列火箭为了成为更完美的“大力士”，火箭不断从自身下功夫，减轻自重。

想减重，体脂率是一个重要指标。火箭的“体脂率”计算包含了火箭结构的海量数据。火箭院总体设计部三室强度组副组长吴浩介绍，长五系列火箭结构构造复杂，每一个部段都由众多零部件组成，每个零部件又包含多个参数，这些参数既要考虑重量，又要考虑结构强度，为“减重”设计带来很大困难。不过，研制团队通过不断努力，凭借海量的参数优化和仿真分析，为火箭各个部段关键零部件计算出最优“体脂”参数。

最后，就是我们现在看到的长五系列火箭。它的起飞重量虽然有800多吨，但其自身的重量却只占约10%。有的部位甚至如鸡蛋壳一样薄，但又不妨碍它结实坚固。

一点“赘肉”不能有，“局部塑形”很重要

根据体脂参数，火箭整体结构减无可减后，长五系列火箭开始局部塑形。

“复合材料夹层结构就像箭体局部塑形的手术刀，这把手术刀不但要给‘胖五’瘦身，还要给‘胖五’健体。”航天材料及工艺研究所型号专项副主任工程师李桂洋介绍。

就拿空间站舱段的“专属座驾”——“长五B”火箭来说，箭的芯一级尾段底板位于箭体最后，不仅是发动机舱，当火箭竖立在发射台上时还能起到支撑作用。“这块底板原重有700公斤以上。我们制定了专属的‘瘦身’方案，利用壁厚毫米级的铝蜂窝结合轻质高强碳纤维复合材料使底板在满足结构刚度和承载能力的情况下，实现一级尾段减重约400公斤，材料上薄如蝉翼，结构上坚如磐石。”李桂洋说。

火箭的每一个局部，研制人员都没放过，就连“乘客”的“座椅”也经过了反复精简。

“长五B”火箭托举的“乘客”都超过22吨，相较传统的“座椅”，必须同时兼顾承载力的提升和结构重量降低的目标。李桂洋介绍，仅仅在结构材料的选取上就有数百种组合方式需要验证，团队在经过一轮轮方案论证、一次次的工艺验证、一级级的考核试验后，最终突破了瘦身减重的关键技术，确保“座椅”的高质量和轻盈性。值得一提的是，团队针对大型“座椅”结构实施“精准”塑形手术，“座椅对接面”实现近净尺寸成型，也解决了大型“座椅”的塑形成本问题。

减“脂”不减“肌”，火箭能力并不低

科学减重的好处就是，火箭虽然“瘦”了不少，但绝不会弱不禁风。科研人员为火箭设计不少巧妙的结构，能让火箭的“肌肉”非常发达。

这得益于长五系列火箭每个助推器与芯级之间的主捆绑接头。“我们为主捆绑接头创新设计了一个镂空三角形结构，用料少，传力优，还能够让每个‘瘦身’约50公斤的捆绑接头受力达几百吨。”吴浩说，我国的高铁、新能源汽车、冬奥头盔等产品也有应用这些“火箭瘦身”的方法，让它们获得精干体型，纤瘦而结实。

标签： 运载火箭 以下简称 复合材料

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