運載火箭：新技術(shù)催生新活力

□ 于遠(yuǎn)航

5 月5 日，長征五號B 運載火箭將中國新一代載人飛船試驗船等載荷送入預(yù)定軌道，首次飛行任務(wù)取得圓滿成功。像“長征五號B”這樣的新一代運載火箭，一直是大家關(guān)注的焦點。

眾所周知，隨著航天技術(shù)的日新月異，新一代運載火箭正在逐漸跳出傳統(tǒng)，運用新的制造模式。從全世界范圍來看，一些“新火箭”有了新技術(shù)的“加持”，實現(xiàn)了“更快、更好、更便宜”的目標(biāo)。

就拿此次成功發(fā)射的長征五號B 火箭為例，細(xì)心的朋友一定發(fā)現(xiàn)，該火箭與之前發(fā)射的“胖五”長征五號火箭相比，少了火箭二子級，這使其顯得更“胖”了。

實際上，作為我國新一代運載火箭的開山之作，長征五號火箭在一開始就是按照“一個系列、兩種發(fā)動機、三個模塊”的思路來設(shè)計的，總體貫徹了“通用化、組合化、系列化”的設(shè)計思想。此次發(fā)射的長征五號B 火箭就是在基本型的基礎(chǔ)上，去掉了二子級，使其專注于近地軌道的運輸任務(wù)，能夠向近地軌道發(fā)射更重的有效載荷。

那么，運載火箭為什么要按照模塊化的思路進行設(shè)計呢？這樣做的好處又是什么呢？

人類進入工業(yè)化社會之后發(fā)現(xiàn)，通過產(chǎn)品的模塊化，可以實現(xiàn)產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)，進而提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，降低勞動強度。模塊化的大規(guī)模生產(chǎn)能讓“學(xué)習(xí)曲線”得以實現(xiàn)，從而不斷提高復(fù)雜產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。模塊化的威力如此巨大，運載火箭的設(shè)計者自然不會漠視。

傳統(tǒng)火箭為追求運載能力，很多都會在基礎(chǔ)級和上面級選用不同的發(fā)動機類型。但這需要開發(fā)兩種甚至更多種不同的火箭發(fā)動機，還需要配套研發(fā)適應(yīng)不同燃料組合的貯箱和增壓輸送系統(tǒng)，所以成本和技術(shù)難度都很高。太空探索技術(shù)公司主打的獵鷹9 火箭一、二級采用同種燃料組合的同款發(fā)動機的不同版本。同時為了彌補單臺發(fā)動機推力不足的窘境，規(guī)避大推力發(fā)動機開發(fā)的技術(shù)挑戰(zhàn)，火箭一級采用按特定結(jié)構(gòu)并聯(lián)的9 臺梅林發(fā)動機來獲得足夠的起飛推力。螢火蟲空間系統(tǒng)公司在這方面做得更極致，該公司的阿爾法小型火箭的一級采用了12 臺并聯(lián)的小推力火箭發(fā)動機，把發(fā)動機模塊化推到了更高的高度。

除了模塊化制造，新型運載火箭為了降低成本、提高可靠性，還大量采用3D 打印這樣的新技術(shù)。長征五號火箭捆綁支座就實現(xiàn)了3D 打印，進而實現(xiàn)了30%的減重，解決了加工周期長等問題。

目前，3D 打印也已經(jīng)成為航天制造業(yè)的一項重要技術(shù)。它能夠?qū)崿F(xiàn)制造過程的無人值守化，大大節(jié)省所需人力；能夠節(jié)約傳統(tǒng)制造工藝所需要的大量設(shè)備和工裝；能夠簡化工序，縮短復(fù)雜零部件的制造周期；能夠擺脫傳統(tǒng)制造手段限制，生產(chǎn)更加輕巧的零件。合理應(yīng)用3D打印技術(shù)，能使未來的運載火箭性能更高、成本更低、生產(chǎn)組織更為靈活。

除了以上這些較為出名的技術(shù)，為了減輕結(jié)構(gòu)重量、提高結(jié)構(gòu)可靠性、降低結(jié)構(gòu)造價，運載火箭還使用了許多其他的新技術(shù)，比如貯箱箱底整體旋壓成形技術(shù)，可以實現(xiàn)橢球形箱底的等厚度近凈成形，大大降低了加工成本；大量使用攪拌摩擦焊接方法，極大地提高了貯箱焊接質(zhì)量；應(yīng)用復(fù)合材料制造大型整流罩，既減輕了結(jié)構(gòu)質(zhì)量，又便利了有效載荷的測控操作。

運載火箭從誕生距今已經(jīng)有60 多年的歷史，人們通過不斷應(yīng)用新技術(shù)、新思想，使其可靠性、經(jīng)濟性不斷提升，不斷地?zé)òl(fā)出新的生命活力。