長五B知多少:“冰箭”不冷的秘密
編輯: 王瑞穎 | 時間: 2022-10-27 15:18:35 | 來源: 央視新聞客戶端 |
2022年10月25日,夢天實驗艙與長征五號B遙四運載火箭艙箭組合體已轉(zhuǎn)運至發(fā)射區(qū),計劃于近日擇機實施發(fā)射。在空間站階段,長征五號B運載火箭已成功將天和核心艙、問天實驗艙送入太空。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運載火箭是中國低軌運載能力最強的火箭。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運載火箭使用液氫液氧推進劑,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-183℃,液氫的溫度可達-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。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“棉花”層。
“防寒服”的“里”僅有零點幾毫米厚,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“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)的機械臂便開始按照設(shè)定的路徑運轉(zhuǎn)。在機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
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