焊接火箭發(fā)動機(jī)到底有多難(焊接火箭發(fā)動機(jī)到底有多難焊)
一個(gè)搞電焊的能有多厲害?年薪百萬,還送北京兩套房?抱歉,這些人家根本看不上。
作為一名專業(yè)焊接火箭發(fā)動機(jī)的電焊工,高鳳林絕對是藍(lán)領(lǐng)工人的天花板級別。
那么焊接火箭發(fā)動機(jī)到底有多難?我國的火箭焊接技術(shù)與美國相比,處于一個(gè)什么水平呢?
火箭發(fā)動機(jī)焊接難點(diǎn)在哪?
這是火箭的發(fā)動機(jī),發(fā)動機(jī)尾部這個(gè)看著像大喇叭的東西,叫發(fā)動機(jī)噴管。在火箭點(diǎn)火發(fā)射飛行過程中,經(jīng)過噴管的燃?xì)鉁囟仍?000-3000攝氏度之間,太陽表面溫度是5500攝氏度,大約是太陽表面溫度的一半。雖然溫度沒有太陽高,但是噴管表面所感受到的熱量,可是與太陽表面非常接近。面對如此高的熱量和溫度,即便是目前人類能制造的最耐高溫的材料,也無法承受。
既然硬抗不行,那就要想辦法給噴管進(jìn)行冷卻降溫,電腦的液冷系統(tǒng)我們都見過,冷卻液在主機(jī)內(nèi)部流淌,將熱量帶走,科學(xué)家給噴管降溫的方法,與此方法大致相同。改變噴管的結(jié)果,將噴管做成中空帶夾層,火箭的液體推進(jìn)劑在進(jìn)入燃燒室之前,先在這個(gè)中空夾層中走一圈,這樣就能把熱量帶走,噴管也就不會被燒毀了。
好,現(xiàn)在方法是有了,但還有一個(gè)問題更加棘手。這是夾層式噴管的橫截面,中間流淌的推進(jìn)劑,溫度低于零下100度,而夾層外部則是幾千度的高溫,冰火兩重天。而且夾層壁的厚度僅為1毫米,除了巨大的溫差,還要承受幾十甚至上百個(gè)大氣壓力的沖擊,以及發(fā)射過程中的強(qiáng)烈震動。這一系列的嚴(yán)苛要求,都對焊接質(zhì)量提出了巨大挑戰(zhàn),哪怕是一點(diǎn)點(diǎn)的裂縫或者氣泡,就可以造成火箭在飛行過程中噴管損毀,進(jìn)而影響火箭的發(fā)射。
上個(gè)世紀(jì)90年代,我國在研制“長三甲”系列運(yùn)載火箭時(shí),大推力發(fā)動機(jī)的大噴管焊接,成為了研發(fā)瓶頸。當(dāng)時(shí)的火箭發(fā)動機(jī)噴管是由248根細(xì)方管組成的,方管壁厚只有0.33毫米,比一張紙還要薄。焊接這樣的噴管,焊槍哪怕是多停留0.1秒,就有可能把方管燒穿,每焊壞一個(gè)這樣的噴管,損失就高達(dá)百萬。更要命的是,還會嚴(yán)重影響火箭的研發(fā)進(jìn)度。
高鳳林作為一名航天特種焊工,為了解決噴管的焊接難題,勤學(xué)苦練,就連吃飯時(shí),都拿著筷子練習(xí)送焊絲的動作,為了焊接動作的一氣呵成,高鳳林更是練就了10分鐘不眨眼的硬功夫,在他的帶頭下,我國最終攻克噴管焊接的技術(shù)難題。到目前為止,我國大約40%的火箭發(fā)動機(jī)是經(jīng)由高鳳林之手焊接的,被譽(yù)為火箭心臟焊接第一人,是真正的大國工匠。
62年出生的高鳳林,已經(jīng)到了退休的年紀(jì),為了將技藝傳承下,他組建了學(xué)習(xí)班,手把手教學(xué),將自己的技藝無條件的傳授給其他師傅,為我國航天事業(yè)的發(fā)展,注入更多新鮮血液。
機(jī)器焊接
看到這,我想你不禁會問,在工業(yè)高度智能化,自動化的今天,為什么不嘗試用機(jī)器人焊接火箭呢?別急,下面就介紹一下咱們國家的火箭自動焊接技術(shù)。
過去之所以選擇人工焊接,是因?yàn)楹附踊鸺姆绞胶芴貏e,操作流程極為復(fù)雜,有些焊接更是需要在真空環(huán)境下進(jìn)行,焊接過程很難實(shí)現(xiàn)自動化。但人工焊接的缺點(diǎn)同樣非常突出,對操作人員的技術(shù)水平要求較高,能干得了這種活的人,全國也沒有多少。這就導(dǎo)致了火箭制造周期長,成本過高等問題。
現(xiàn)在隨著科技進(jìn)步,火箭焊接難題,正在逐步被一一解決。8月30日,由武重集團(tuán)自主研制的,十米級火箭燃料貯箱箱底焊接系統(tǒng),開始了批量試驗(yàn)件的焊接。在火箭內(nèi)部,燃料貯箱主要用于儲存動能燃料,也是整個(gè)火箭一飛沖天的動力源。大型火箭的燃料貯箱的箱底,直徑達(dá)到9.5米,是由12個(gè)弧形材料進(jìn)行無縫焊接拼裝在一起的。如何在材料在不變形的情況,保證焊接精度,讓它成為了整個(gè)燃料鑄件焊接過程中最難的一個(gè)環(huán)節(jié)。武重集團(tuán)歷時(shí)3年,四次方案推倒重來,最終攻克了反變形加工,復(fù)雜曲面零件骨架制造等一系列卡脖子問題。
那么,武重集團(tuán)的這個(gè)技術(shù),有多牛呢?目前,俄羅斯能做到最大直徑是8米,美國是10米,我們和美國差不多,屬于是世界最先進(jìn)水平。有了這樣一臺設(shè)備,未來我們用于探測火星,載人登月的重型火箭,就可以更早地進(jìn)行試飛,是我國未來進(jìn)行深空探測的重要利器。
除了武重集團(tuán),還有我國的民營航天公司,藍(lán)箭航天,他們研發(fā)的激光焊接夾層噴管工藝,是由機(jī)器人進(jìn)行激光焊接。目前,采用該工藝的“天鵲”80噸發(fā)動機(jī)噴管,已成功點(diǎn)火試車。民營航天企業(yè)的崛起,是我國航天事業(yè)走向強(qiáng)大的一個(gè)具體表現(xiàn),中國人在航天事業(yè)上取得的成就,現(xiàn)在就連美國看著都眼饞。