更为重要的是,铝合金材料轻,可以为火箭减轻重量,人们形容火箭是“薄皮大馅”,“蒙皮”薄了,就可以装更多的燃料,“举”起更重的卫星。
当然,除了保证火箭外壳轻薄,更要保证它坚不可摧。为此,中国航天科技集团公司中国运载火箭技术研究院的设计人员在设计时,会在“蒙皮”内部用一个个框环和桁条组成一个圆柱型的框架,把框架与蒙皮铆接在一起,组成火箭的一个壳段。
邵英翠说,火箭“蒙皮”很薄、很软,但根据受力分析进行科学计算、结构优化后,用铆钉把“蒙皮”和框架固定,每一壳段有上千个铆钉,这样就保证了整体结构的强度和刚度。她还表示,在发射过程中,无论受到哪个方向的外力,都不会影响火箭的飞行。
不过,如果“蒙皮”过薄,靠不断加密内部框架来保证坚固性的话,反而会使壳体重量增加,达不到预期效果。也因此,设计人员要计算出“蒙皮”和框环、桁条的最佳配比,既保证用最少的材料,又保证箭体坚固、可靠。
长征五号大火箭整流罩的“蒙皮”面板厚度只有0.3毫米,在相同刚度下,火箭壳段的重量将减少10%以上。根据箭体结构设计人员李操的说法,这样,火箭就能在保证坚固的前提下,装上更多的燃料,把有效载荷顺利送入轨道了。
“冰箭”不冷
很多火箭迷都知道,长征五号被称作“冰箭”,这是因为火箭肚子里装了满满的深低温液氢液氧燃料,其中液氢温度达-253℃、液氧达-183℃,几乎达到了温度的极限。
鲜为人知的是,尽管火箭体内90%以上都是这种深低温燃料,但火箭并不冷,它的外表面温度依然可以一直保持在0℃以上。
原来,航天人在火箭的贮箱外套了一层“防寒服”,让火箭内部的仪器、设备、电缆等正常工作。可别小看这层“防寒服”,尽管只有不到30毫米的厚度,却是给火箭保持体温的利器。
根据中国航天科技集团公司一院703所防隔热材料设计师申雄刚的说法,“防寒服”中的“棉花”层是低密度材料,厚度为10毫米~20毫米,这层“棉花”有“里”有“面”。如果它直接涂在贮箱金属表面,贮箱受冷收缩时,“棉花”层因收缩性能比金属小会导致脱粘,影响隔温效果。
“防寒服”的“里”是一层胶粘剂,不到1毫米厚,比“棉花”层更适应金属材料的热胀冷缩,且摩擦力大,能同时与金属材料的贮箱和“棉花”完美贴合,设计人员又叫它“缓冲层”。
“防寒服”的“面”是一层蘸胶玻璃纤维织物,有0.9毫米厚,也叫保护层,可以保护“棉花”不吸收外界水气、不被损坏,更好地发挥隔温性能。
申雄刚说,“棉花”层由近10种原材料按照配比高速撞击混合反应而成,而这近10种材料分成两组,都是液体,就像“哥俩好”胶水一样,一旦混合,会在10秒钟之内发生发泡反应,固化成形。
值得一提的是,长征五号的“棉花”层与其他火箭不同,因为选用了新型发泡材料,其他材料的比例等也变了。申雄刚说,材料研制人员做了千余次试验,研究新型“棉花”层的性能。
在“穿衣”前,研制人员还要先给长征五号拍个“3D”照片,这样它所有的形状信息都包含在了这张“照片”中。如此复杂的工序下来,“冰箭”这款又薄又隔温的“防寒服”才可以在加注后大显神通,让“冰箭”不冷。


