碳纖維復(fù)合材料，將使中國的運(yùn)載火箭體重更輕、運(yùn)力更強(qiáng)。

6月15日，澎湃新聞（www.loaarchitects.com.cn）記者從中國航天科技集團(tuán)八院獲悉，由該院805所設(shè)計(jì)研制的3.35米直徑復(fù)合材料液氧貯箱，近日?qǐng)A滿完成低溫力學(xué)試驗(yàn)。這是國內(nèi)大型復(fù)合材料液氧貯箱首次通過工程應(yīng)用量級(jí)的試驗(yàn)驗(yàn)證，后續(xù)預(yù)計(jì)在中國新一代運(yùn)載火箭上實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用。

貯箱是火箭身上的“大塊頭”，其重量占到全箭結(jié)構(gòu)重量60%以上。貯箱越輕，火箭可搭載的有效載荷就越多，運(yùn)載能力就越大。

貯箱低溫內(nèi)壓試驗(yàn)  本文圖片均為中國航天科技集團(tuán)八院供圖

近年，從傳統(tǒng)的鋁銅合金到高強(qiáng)的鋁鋰合金材料，貯箱結(jié)構(gòu)材料的迭代不斷助力火箭實(shí)現(xiàn)減重“小目標(biāo)”，但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。從2016年開始，八院805所結(jié)構(gòu)專業(yè)團(tuán)隊(duì)將目光放在具有更高力學(xué)性能的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料上。

設(shè)計(jì)師介紹，復(fù)合材料的比強(qiáng)度（強(qiáng)度-重量比）相比傳統(tǒng)的鋁銅合金或鋁鋰合金材料，通?？梢蕴岣?0%以上，相比金屬貯箱預(yù)期可實(shí)現(xiàn)減重30%；且可通過一體化設(shè)計(jì)方法，大幅簡化制造流程和質(zhì)量控制環(huán)節(jié)，達(dá)到降本增效的顯著成果，“以八院抓總研制的新一代運(yùn)載火箭為例，若能在目前金屬貯箱基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)減重30%，則火箭運(yùn)載能力將提升6%，也就是說，可以多搭載300公斤的載荷，這對(duì)于運(yùn)力價(jià)格以克計(jì)的運(yùn)載火箭來說意義重大?！?05所運(yùn)載火箭結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)師陳佳解釋道。

雖然復(fù)合材料力學(xué)性能優(yōu)異，但它作為火箭貯箱有兩個(gè)不容忽視的特性，一是極易與液氧發(fā)生劇烈反應(yīng)，二是易出現(xiàn)低溫微裂紋滲漏，給貯箱的安全性帶來巨大風(fēng)險(xiǎn)。這對(duì)于以液氧、液氫等作為推進(jìn)劑的中國新一代運(yùn)載火箭來說，是一個(gè)亟待解決的難題。

貯箱低溫內(nèi)壓試驗(yàn)

八院805所將“卡脖子”清單變?yōu)橐豁?xiàng)項(xiàng)攻關(guān)清單，歷時(shí)5年攻克了耐液氧材料開發(fā)、低溫抗?jié)B漏設(shè)計(jì)、低溫密封設(shè)計(jì)、可重復(fù)模具制備、低缺陷制造等10余項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

比如，團(tuán)隊(duì)攻克了高性能耐液氧樹脂材料的制備技術(shù)，使材料強(qiáng)度提升約50%，且適用于自動(dòng)鋪絲及纏繞等先進(jìn)制造工藝；在國內(nèi)首次突破了直徑600mm級(jí)復(fù)合材料法蘭低溫液氧密封技術(shù)；采用抗?jié)B漏冗余設(shè)計(jì)，在貯箱表層增設(shè)了一層輕薄隔離層，把“漏網(wǎng)”的推進(jìn)劑分子牢牢拴住。10余項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的攻克，打破了以往復(fù)合材料極少涉足于低溫密封領(lǐng)域的局面，表明805所在大型復(fù)合材料液氧貯箱的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)上取得實(shí)質(zhì)性突破。