貯箱減重30%，火箭飛得更高、載得更重

       占全箭結構重量60%以上的貯箱，堪稱是火箭身上的“大塊頭”部件。貯箱越輕，意味著火箭可搭載的有效載荷越多，火箭的運載能力越強，因此貯箱的重量一直讓結構設計師們“斤斤計較”。

       近年，從傳統鋁銅合金到高強鋁鋰合金，貯箱結構材料的迭代不斷助力火箭實現減重“小目標”，但這還遠遠不夠。從2016年開始，805所結構專業團隊就將目光放在具有更高力學性能的碳纖維增強復合材料上，并開展了相關方案論證工作。

       設計師介紹說，復合材料的比強度通常可以提高50%以上，相比金屬貯箱可減重30%；且可通過一體化設計方法，大幅簡化制造流程和質量控制環節，達到降本增效的顯著成果。“新一代運載火箭，若能減重30%，則火箭運載能力將會提升6%，也就是說，火箭可以多搭載300公斤的載荷，這對于運力價格以克計的運載火箭來說可謂意義重大。”805所運載火箭結構系統設計師陳佳解釋道。
 

       雖然復合材料力學性能優異，能夠達到降本增效的效果，但它作為火箭貯箱來說，卻有兩個不容忽視的缺點，就是極易與液氧發生劇烈反應，同時易出現低溫微裂紋滲漏，給貯箱的安全性帶來巨大風險。這對于以液氧、液氫等作為推進劑的我國新一代運載火箭來說，是一個亟待解決的難題。

       有難度才有挑戰，敢創新才有發展。805所的設計師們積極推動多學科融合，將卡脖子清單變為一項項攻關清單，歷時5年攻克了耐液氧材料開發、低溫抗滲漏設計、低溫密封設計、可重復模具制備、低缺陷制造等10余項關鍵技術，實現了復合材料液氧貯箱領域多個“從0到1”的突破。

       比如，團隊通過為期1年的集中攻關，攻克了高性能耐液氧樹脂材料的制備技術，使材料強度提升約50%，且適用于自動鋪絲及纏繞等先進制造工藝，為液氧貯箱輕量化打下堅實基礎；通過開展低溫密封試驗，國內首次突破了直徑600mm級復合材料法蘭低溫液氧密封技術，解決了復合材料液氧貯箱的低溫密封難題；采用抗滲漏冗余設計，在貯箱表層增設了一層輕薄隔離層，把“漏網”的推進劑分子牢牢拴住，大幅提升了復合材料液氧貯箱的應用可靠性。

       2021年4月20日，805所開展了3.35米直徑復合材料液氧貯箱低溫110%使用壓力試驗，各項關鍵技術攻關成果得以集中驗證，產品性能表現良好。

       10余項關鍵技術的攻克打破了以往復合材料極少涉足于低溫密封領域的局面，國內首次低溫力學試驗的成功，更是表明了805所在大型復合材料液氧貯箱的關鍵技術攻關上取得了實質性突破，這使得復合材料液氧貯箱于“十四五”在我國新一代運載火箭上實現工程應用的目標變得現實可行。