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1月22日，我國首個3.35米直徑復(fù)合材料貯箱原理樣機在航天科技集團一院（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%，強度更高，能夠大幅提高火箭的結(jié)構(gòu)效率和運載能力，是一種新型輕質(zhì)貯箱。
復(fù)合材料貯箱原理樣機的誕生，標(biāo)志著我國打破國外壟斷，成為全球少數(shù)幾個具備復(fù)合材料貯箱設(shè)計制造能力的國家。
3.35米直徑復(fù)合材料貯箱原理樣機
突破十大關(guān)鍵技術(shù)
該項目是由火箭院總體設(shè)計部抓總，航天材料及工藝研究所與國內(nèi)多個高校共同參與的典型“產(chǎn)、學(xué)、研”聯(lián)合攻關(guān)項目，研究團隊歷時兩年多，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)
低溫液氧相容樹脂體系制備技術(shù)
分瓣式可拆卸復(fù)合材料工裝設(shè)計制造技術(shù)
復(fù)合材料工裝精確裝配技術(shù)
高精度自動鋪放技術(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
總體設(shè)計部貯箱組組長劉德博：“研制中要攻克從材料體系到設(shè)計制造一系列難題，許多技術(shù)都屬于國內(nèi)首次嘗試。”
總體設(shè)計部貯箱設(shè)計師張健：“制造工藝對復(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劑貯箱，特別是超低溫介質(zhì)貯箱是一項艱巨挑戰(zhàn)。”
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、密封檢測等均充滿巨大挑戰(zhàn)，經(jīng)過十幾輪工藝及方案迭代才實現(xiàn)了樣機的成功制備。”
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，其減重對火箭運載能力的提升具有重大意義。
材料小知識
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)合材料的比強度是鋁合金的8倍，是鋁鋰合金的6倍。
在航天領(lǐng)域，我國現(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、比強度更高、抗疲勞強度更好等優(yōu)勢。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，提升火箭運載能力。因此，發(fā)展復(fù)合材料貯箱是實現(xiàn)火箭減重目的的關(guān)鍵技術(shù)之一，也是國際航天大國爭相探索的新領(lǐng)域。
3.35米直徑復(fù)合材料貯箱原理樣機的成功研制，標(biāo)志著我國掌握了從復(fù)合材料貯箱結(jié)構(gòu)設(shè)計、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)幾個具備復(fù)合材料貯箱設(shè)計制造能力的國家。
綜合成本降低25%
火箭運載能力越大，進入空間能力相對也會大幅提高，為中國航天開拓更大的舞臺。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。據(jù)資料顯示，火箭末級貯箱每減重1公斤，意味著運載能力提升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。從國外的研究成果來看，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，復(fù)合材料貯箱在火箭末級推廣應(yīng)用，將能大幅提升火箭的運載能力，對探索降低火箭成本具有深遠影響。
復(fù)合材料貯箱自動鋪放工藝
原理樣機的成功研制只是我國復(fù)合材料貯箱技術(shù)發(fā)展邁出的一小步，只是其中的一個里程碑。
總體設(shè)計部結(jié)構(gòu)室副主任吳會強介紹，后續(xù)研制團隊還將對3.35米復(fù)合材料貯箱原理樣機開展一系列的考核試驗和評價，進一步開展關(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)高強方面的重大優(yōu)勢，實現(xiàn)未來火箭結(jié)構(gòu)大幅減重和運載能力的提升，增強我國深空探測的能力和水平。