長五B知多少：“冰箭”不冷的秘密

2022年10月25日，夢天實(shí)驗(yàn)艙與長征五號B遙四運(yùn)載火箭艙箭組合體已轉(zhuǎn)運(yùn)至發(fā)射區(qū)，計劃于近日擇機(jī)實(shí)施發(fā)射。在空間站階段，長征五號B運(yùn)載火箭已成功將天和核心艙、問天實(shí)驗(yàn)艙送入太空。它因“肚子”里裝了滿滿的深低溫液氫液氧燃料，所以又被稱為“冰箭”。

 

 

火箭“體內(nèi)”燃料溫度接近絕對零度

 

長征五號B運(yùn)載火箭是中國低軌運(yùn)載能力最強(qiáng)的火箭。它的體重接近900噸，而其中90%以上的重量為深低溫液氫液氧燃料。它周身冰冷，由此得名“冰箭”。

 

長征五號B運(yùn)載火箭使用液氫液氧推進(jìn)劑，燃燒后產(chǎn)生的是水，無毒無污染，產(chǎn)生的推力也更大。其中，液氧的溫度達(dá)-183℃，液氫的溫度可達(dá)-253℃，已經(jīng)接近絕對零度了，而絕對零度，正是自然界溫度不可能達(dá)到的最低溫度。

 

 

“防寒服”有“里”有“面”

 

那么，“冰箭”是如何防寒的呢？科研人員為長征五號B運(yùn)載火箭的貯箱研制了一件“防寒服”，使其外表面溫度可以一直保持在0℃以上，火箭內(nèi)部的儀器、設(shè)備、電纜等也可以正常工作。

 

“防寒服”一共只有十幾毫米厚，卻是讓箭體保持體溫的“利器”，說它是“防寒服”，還真是名副其實(shí)。這件“衣服”有“里”有“面”，能使火箭在燃料加注以及飛行過程中，外表面溫度保持在0℃以上，從而避免火箭儀器、電纜等受極低溫影響產(chǎn)生功能異常。

 

“防寒服”中間的“棉花”層是低密度材料，如果它直接涂在貯箱金屬表面，貯箱受冷收縮時，“棉花”層因收縮性能比金屬小，會導(dǎo)致脫粘，影響絕熱效果，因此研制人員給“防寒服”設(shè)計了“里”和“面”來保護(hù)“棉花”層。

 

“防寒服”的“里”僅有零點(diǎn)幾毫米厚，比“棉花”層更適應(yīng)金屬材料的熱脹冷縮，且能同時與金屬材料的貯箱和“棉花”完美貼合。

 

“防寒服”的“面”可以保護(hù)“棉花”不吸收外界水氣、不被損壞，更好地發(fā)揮絕熱性能。

 

“防寒服”里最主要的材料叫做“低密度全閉孔聚氨酯泡沫塑料”，由近十種原材料按照一定的配比高速撞擊混合反應(yīng)而成，這些液體材料分成兩組，就像“哥倆好”膠水一樣，一旦混合，就會在幾秒鐘之內(nèi)發(fā)生發(fā)泡反應(yīng)、并快速固化成型。

 

在“試衣間”里穿“防寒服”

 

穿上“防寒服”，可不是一件簡單的事。為了給長征五號B運(yùn)載火箭穿上這件“防寒服”，技術(shù)人員精心打造了專用的“試衣間”。

 

“試衣間”是個全密閉式溫濕度可調(diào)節(jié)的操作室，里面有一套自動噴涂系統(tǒng)。在電腦中輸入各種工藝參數(shù)，自動噴涂系統(tǒng)的機(jī)械臂便開始按照設(shè)定的路徑運(yùn)轉(zhuǎn)。在機(jī)械臂末端的噴槍里有個碰撞混合腔，多組分的原材料在這里碰撞充分混合后被噴涂在火箭貯箱表面。

 

 

先拍照，再“裁衣”

 

火箭貯箱進(jìn)入“試衣間”前，首先使用激光傳感器給貯箱做一次型面測量，就像給貯箱拍了一張“3Ｄ照片”，所有的形狀信息都包含在這張“照片”中，后續(xù)“裁剪衣服”時這張“照片”就會成為至關(guān)重要的基準(zhǔn)面。

 

在“試衣間”里穿上的“衣服”只能算是毛坯，之后還要裁剪成合適的“樣式”，即加工成厚度一致的平整外觀?；鸺Y(jié)構(gòu)的壁板厚度僅為幾毫米，并且大尺寸薄壁工件不可避免地會有各種變形，在一個厚度幾毫米但直徑五米、長度十幾米還易有各種變形的“大家伙”上，加工出一層十幾毫米、厚度均勻的材料，就像是在一個大氣球的表面雕刻花紋，稍有偏差氣球就破了。那么，如何避免這個情況呢？此時，之前拍攝的“3D照片”就要大顯神威了，科研人員自主開發(fā)的仿形加工系統(tǒng)依據(jù)之前拍攝的“3D照片”中所包含的型面信息，生成專用的加工程序，可以將這層噴涂好的毛坯加工出幾乎完全一致的厚度。

 

各種復(fù)雜的工序全部完成后，“冰箭”的這款又薄又隔溫的“防寒服”才算正式完成，它能在后續(xù)的火箭燃料加注以及飛行過程中有效隔絕深低溫，讓“冰箭”不懼嚴(yán)寒。

 

 

火箭已待

 

夢天已至

 

讓我們共同期待

 

此次任務(wù)的圓滿成功