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星辰大海,“胖五”来了!这些材料“黑科技”被刷屏了

12月27日

“胖五”携带一身“大国重器”

向着星辰大海

再一次出发!

星辰大海,“胖五”来了!这些材料“黑科技”被刷屏了

长征五号升天

历经900多个日夜的艰苦攻关

中国航天以一出“重头戏”完美收官2019年宇航任务!

中国人终于彻底掌握了重型火箭的技术!

星辰大海,“胖五”来了!这些材料“黑科技”被刷屏了

被人们亲切称为“胖五”的长征五号,是中国运载火箭升级换代的里程碑工程,代表了中国运载火箭科技创新的最高水平,可实现近地轨道运载能力的大幅跨越,运载能力位居中国首位,并进入世界先进行列,是中国由航天大国迈向航天强国的重要标志之一。

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"胖五"由十万多个精确到微米的零部件构成。 话不多说,直接上"体测成绩单"。

中文名:长征五号系列运载火箭

别称:大火箭、胖五、五哥、冰箭

身高:约57米(相当于20层楼)

腰围:箭体直径5米,外加4个直径3.35米的助推器

运载能力:近地轨道25吨,地球同步轨道14吨,地月轨道8吨;

起飞质量:约878吨

起飞总推力:约1060吨

星辰大海,“胖五”来了!这些材料“黑科技”被刷屏了

图源:中国航天报记者 宿东 摄

别看“胖五”长得胖,那壮壮的身体里,装的可都是“真材实料”!

成功发射的背后,有着哪些了不起的化工黑科技?今天我们一起来了解一下。

气凝胶隔热毡

“胖五”作为中国最大推力的运载火箭,发动机在运行过程中,燃气管路的工作温度高、空间狭小、结构复杂,产生的大量余热可能导致周边电子电器发生故障。

中国航天科工三院306所研制的高性能纳米气凝胶隔热毡产品成功解决了这一问题。相关产品继2016年11月随“胖五”成功首飞后,再次应用于该火箭发动机燃气系统、隔离气瓶和氧涡轮,以其轻薄的身形、优异的隔热性能有效隔绝了发动机产生的热能,保护了燃气管路周边的电子电器

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铺敷在燃气管路外的气凝胶材料构件

气凝胶是一种具有纳米孔结构的轻质材料,被科学界誉为“改变世界的神奇材料”。其特殊的结构为气凝胶带来了独特的性能:它的密度极低,甚至比同体积的空气更轻;它的比表面积很高,比方说,1克气凝胶的表面展开面积可达到1000平方米。这样特殊的结构,使得气凝胶的热导率为静止空气的一半,是目前已知热导率最低的隔热材料

1、火箭箭体表面的特殊涂层

在“胖五”火箭的研制中,针对海南发射场年均温度高,太阳辐照强,湿度大,盐雾腐蚀等大气环境及气候、气象特征,为了解决火箭箭体表面带的黄变、涂层老化等问题,中国航天科技集团公司一院703所开展了箭体外表面防静电不黄变防护涂层工艺改进研究,该所研制的新型防护涂层防静电、反射率和环境防护等性能,基本达到国外阿里安系列火箭箭体外表面涂层的防护水平。

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针对“胖五”火箭箭体不同部段应用环境要求,703所研制出新型的白色防静电涂层

该防护涂层实现了防静电、高反射(白色)、高耐候、三防及力学等多种功能的兼容匹配;解决了现役火箭箭体外表面涂层耐候性差、易黄变的问题,并弥补了其功能单一、环境适应能力差等缺点。

2、涡轮泵密封动环涂层材料

中科院上海硅酸盐所科研人员研制的耐磨涂层及多种材料成功应用于长征五号运载火箭用液氧/煤油高压补燃发动机,以及由远征二号上面级和实践十七号卫星组成的载荷组合体。

“胖五”火箭助推器采用了中国具有自主知识产权的8台新型120吨级液氧/煤油高压补燃发动机。发动机中承载高速、高压、强氧化、大热冲击等苛刻摩擦工况条件下的动密封尤为重要,是该发动机研制的技术关键之一。此前,国内尚无满足要求的动密封配对摩擦副材料。

因此,上海硅酸盐所科研人员针对液氧/煤油发动机涡轮端动密封的服役工况,采用耐磨涂层方案,通过涂层材料导热性能与微结构的设计优化,突破了力学性能、抗热冲击性能、模拟实用工况的耐磨性能评估及制造工艺优化等关键技术,满足涡轮端动密封的全部技术要求

在“胖五”火箭采用的120吨级液氧/煤油高压补燃发动机上,上海硅酸盐所研制的涡轮泵密封动环涂层材料获得成功应用。

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3、无毒无污染液体燃料

火箭发动机是火箭的“心脏”,性能优良的火箭推进剂则是这“心脏”性能的关键。

“胖五”是冰箭,在它身体里流淌着-252℃液氢和-183℃液氧

“胖五”也是“暖男”,身体里的液氢、液氧和煤油都是无毒、无污染的

点火之后,它们通过“胖五”的“心房”(氢氧发动机和液氧煤油发动机),经过燃烧瞬间到达2000摄氏度以上,最后产生的都是“暖暖的”水蒸气和二氧化碳,绝对绿色、环保、无污染

氢氧发动机液氧煤油发动机是火箭发动机技术发展趋势之一,顺应了国际形势和国策要求,也符合国际运载技术的发展趋势。

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液氢液氧带来了高性能,但它们极低的温度也给研制人员带来了不小的烦恼。

液氢温度低至-253℃,什么材料能经受住如此“极冻”呢?对氢氧发动机的研制来说,寻求适合的制造材料,本身就是一个难点,而且氢易燃、易爆,液氢稀疏,高压下极易泄漏,一不留神就起火、爆炸

再来说加工和装配,发动机零组件众多,在动态组件和静态组件之间存在一定的间隙,常温和低温下,随着组件材料的热胀冷缩,这些间隙也在发生变化,给这些零组件留好“三八线”,就要靠设计师们深入了解各种材料的“脾气秉性”了。

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近两年来,航天六院的设计师们针对超临界问题深究不放,又在不断的试验和考核中,捉到了隐藏更深的“魔鬼”,研制队伍采取有效措施,消除隐患,为确保飞行成功铲除了心腹大患。

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图源:中国新闻网

文章来源:高分子科学前沿

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