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難以置信?火箭外殼厚度只有幾毫米?

2024-04-28 10:20:00

  北京時間2024年4月25日20時59分,搭載神舟十八號載人飛船的長征二號F遙十八運載火箭在酒泉衛星發射中心點火發射,約10分鐘后,神舟十八號載人飛船與火箭成功分離,進入預定軌道。最新的“太空出差三人組”——葉光富、李聰、李廣蘇3名航天員狀態良好,發射取得圓滿成功。
  北京時間2024年4月26日5時04分,在軌執行任務的神舟十七號航天員乘組順利打開“家門”,歡迎遠道而來的神舟十八號航天員乘組入駐“天宮”。隨后,兩個航天員乘組拍下“全家福”,共同向牽掛他們的全國人民報平安。
  后續,兩個航天員乘組將在空間站進行在軌輪換。其間,6名航天員將共同在空間站工作生活約5天時間,完成各項既定工作。
  神舟十八號載人飛船與長征二號F遙十八運載火箭組合體由中國航天科技集團有限公司研制。
  航天科普:
  長征二號F運載火箭是中國第一型載人火箭,也是我國現役唯一具有故障檢測系統和逃逸系統的火箭,它全程參與了中國載人航天工程“三步走”戰略的每一步,肩負著保障航天員安全進入太空的特殊使命和責任。
  一想到載人火箭這種龐然大物,很可能讓人產生一種誤解:這個大火箭的外殼肯定特別厚重,才能足夠堅固。
  但事實上,常用的火箭殼體“蒙皮”的厚度僅在1.2毫米~2毫米,而整流罩的“蒙皮”最薄處僅有0.3毫米。
  運載火箭殼體蒙皮 (圖片來源:中國運載火箭技術研究院新聞中心)
  打了一個比方,如果把火箭比作一個成年人,把殼體比作成年人的外衣,那么這層外衣可謂“薄如蟬翼”。
  那么,這個所謂的“蒙皮”為什么這么???
  “蒙皮”的主要材料為鋁合金,這種材料強度高、耐腐蝕、重量輕、成本低,在長征三號甲系列、長征二號F等火箭飛行過程中綜合性能最好,是做“蒙皮”的最佳選擇。
  更為重要的是,鋁合金材料輕,可以為火箭減輕重量,人們形容火箭是“薄皮大餡”,“蒙皮”薄了,就可以裝更多的燃料,“舉”起更重的衛星。
  火箭外殼設計得這么薄,主要是為了讓火箭減重,增加有效載荷?;鸺闹亓繙p輕一公斤,有效載荷就可以增加一公斤,衛星和飛船的重量同樣也可以增加一公斤,為宇航員上天和飛行器上天提供更多保障。
  而人們通常形容火箭是“薄皮大餡”,主要的重量都在火箭肚子里的燃料上??扇剂隙际恰八乐亓俊?,是不能隨意增減的,所以,火箭設計師們就把心思動在了火箭的外殼上,把火箭的外殼變薄,目的就是為了給火箭減重。
  它能保證火箭的堅固性嗎?
  火箭的外殼其實是由多個部分組成。包括蒙皮、桁條和框環。框環和桁條組成一個圓柱型的框架,通過鉚接與蒙皮組合到一起。蒙皮主要是起到維持形狀、傳遞剪力、安裝儀器電纜等作用;而桁條則是起到縱向主支撐力的作用。桁條、框環和蒙皮之間的關系就像是燈籠里的竹條和外面的紗罩。我們通常所見到的火箭“外殼”,其實只是它的“蒙皮”。
  火箭“蒙皮”很薄、很軟,但根據受力分析進行科學計算、結構優化后,用鉚釘把“蒙皮”和框架固定,每一殼段有上千個鉚釘,這樣就保證了整體結構的強度和剛度。在發射過程中,無論受到哪個方向的外力,都不會影響火箭的飛行。
  不過,如果“蒙皮”過薄,靠不斷加密內部框架來保證堅固性的話,反而會使殼體重量增加,達不到預期效果。也因此,設計人員要計算出“蒙皮”和框環、桁條的最佳配比,既保證用最少的材料,又保證箭體堅固、可靠。
  航天科技集團一院長征二號F運載火箭總設計師容易打了個更直觀的比方:大家生活中喝的可口可樂的罐子,一定覺得它很薄,如果我們要讓它的承載能力做的和我們火箭的貯箱一樣,可口可樂的罐子還可以減薄三分之二。

來源:國資小新、機械前沿

編輯:張雨恬

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