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中國航天科技集團有限公司第一研究院(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。
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、研”聯(lián)合攻關(guān)項目,研究團隊歷時兩年多,攻克了復(fù)合材料液氧貯箱結(jié)構(gòu)設(shè)計、低溫復(fù)合材料細觀損傷力學分析、多尺度復(fù)合材料滲漏抑制、低溫液氧相容樹脂體系制備、分瓣式可拆卸復(fù)合材料工裝設(shè)計制造、復(fù)合材料工裝精確裝配、高精度自動鋪放、超薄預(yù)浸料制備、復(fù)合材料法蘭密封、復(fù)合材料可靠粘接密封十大關(guān)鍵技術(shù)。
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。復(fù)合材料與當前火箭貯箱結(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。
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。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。
3.35米直徑復(fù)合材料貯箱原理樣機的成功研制,標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。
研制團隊后續(xù)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。